夹河矿HEMS深井降温系统热能交换分析

论文摘要

现阶段深井热害日益严重,深井降温就变得要来越重要。在研究国内外降温技术的基础上,何满潮教授提出了HEMS降温系统,并成功应用于徐州矿务集团火河煤矿。本文基于以上研究平台,分析了火河矿HEMS降温逆卡诺循环工作原理,分析了HEMS降温系统关键设备的工作原理及其系统关键参数。在以上研究基础上,阐述了夹河HEMS降温系统设计过程。工程实施后,我们实时监测了系统运行数据并进行热交过程中的冷量损失分析,得出管路损失是降低冷量损失的关键因素。另外,对冰制冷系统进行了能耗分析,对比得出HEMS系统低能耗的特点。降温的关键是要使工作而的温度控制在允许的范范内,因此需要对降温效果进行分析。首先分析了巷道围岩与空气的换热原理,在此基础上采用FLUENT进行数值模拟。最后模拟结果与现场监测数据进行对比,验证了数值模拟的正确性,为今后的HEMS设计计算及风温预测提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 详细摘要
• 1 引言
• 1.1 问题的提出
• 1.1.1 夹河矿热害问题
• 1.1.2 深井开采高温热害概述
• 1.2 国内外矿井降温技术研究现状
• 1.2.1 国内外深井降温技术
• 1.2.2 HEMS降温技术
• 1.2.3 降温技术对比
• 1.3 HEMS深井降温技术研究现状
• 1.4 数值模拟方法在深井降温技术中的应用
• 1.4.1 空冷器的数值模拟
• 1.4.2 空气与巷道围岩换热的数值模拟
• 1.5 论文主要研究内容、方法及意义
• 1.5.1 论文主要研究内容及方法
• 1.5.2 论文研究的意义
• 1.6 技术路线
• 1.7 创新点
• 2 夹河矿HEMS热力学过程分析及系统参数的建立
• 2.1 夹河矿HEMS降温系统工作原理
• 2.1.1 夹河矿HEMS降温原理
• 2.1.2 夹河矿HEMS热力学过程分析
• 2.2 HEMS关键设备及其系统参数的建立
• 2.2.1 HEMS-Ⅰ和HEMS-Ⅲ
• 2.2.2 HEMS-PT和HEMS-T
• 2.2.3 HEMS-Ⅱ
• 2.3 HEMS系统参数建立的意义
• 2.4 本章小结
• 3 夹河矿HEMS热能交换分析
• 3.1 工作面温湿度及矿井涌水条件
• 3.2 火河矿7446工作面热荷载及冷负荷计算
• 3.3 火河矿HEMS工作站设计
• 3.3.1 HEMS-Ⅰ制冷工作站设计
• 3.3.2 HEMS-PT压力转换工作站设计
• 3.3.3 HEMS-Ⅱ降温工作站设计
• 3.3.4 HEMS工艺系统参数配置
• 3.4 夹河HEMS系统运行实测数据及热交换分析
• 3.4.1 第一组实测数据及热交换分析
• 3.4.2 第二组实测数据及热交换分析
• 3.4.3 第三组实测数据及热交换分析
• 3.4.4 第四组实测数据及热交换分析
• 3.4.5 工作面能量分析
• 3.5 降温技术能耗对比分析
• 3.5.1 HEMS降温技术能耗分析
• 3.5.2 冰制冷降温系统能耗分析
• 3.5.3 降温系统能耗对比分析
• 3.6 本章小结
• 4 夹河矿HEMS降温效果数值模拟
• 4.1 巷道围岩与风流热交换原理
• 4.1.1 对流换热微分方程
• 4.1.2 热传导微分方程
• 4.1.3 辐射传热微分方程
• 4.2 FLUENT简介及相关理论
• 4.2.1 CFD
• 4.2.2 FLUENT求解器
• 4.2.3 计算流体力学基本方程
• 4.2.4 计算流体力学数值解
• 4.3 HEMS-Ⅱ数值模拟过程及其结果
• 4.3.1 GAMBIT建模过程
• 4.3.2 FLUENT模拟过程
• 4.3.3 模拟结果
• 4.4 空气与围岩换热数值模拟过程及其结果
• 4.4.1 GAMBIT建模过程
• 4.4.2 FLUENT模拟过程
• 4.4.3 模拟结果
• 4.5 HEMS降温效果实例分析
• 4.5.1 HEMS降温效果模拟结果
• 4.5.2 工作面温度实时监测数据
• 4.5.3 实测数据及与数值模拟结果对比
• 4.6 工作面考虑采煤机散热的数值模拟
• 4.6.1 GAMBIT建模过程
• 4.6.2 FLUENT模拟过程
• 4.6.3 采煤机在不同位置的模拟结果及对比
• 4.7 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介