礦井通風(fēng)系統(tǒng)擴(kuò)散器性能與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.pdf

1、針對當(dāng)前礦井通風(fēng)系統(tǒng)擴(kuò)散器結(jié)構(gòu)阻力大和由此導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)效率低的問題，提出了雙切流線型擴(kuò)散器，形成了該擴(kuò)散器結(jié)構(gòu)及其參數(shù)的優(yōu)化方法，優(yōu)化了擴(kuò)散器流場，改善了該擴(kuò)散器的性能，提高了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的效率。
　　首先，在深入調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)了礦井通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究進(jìn)展，找出了存在的問題，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化擴(kuò)散器是實現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能的重要途徑。應(yīng)用能量守恒和質(zhì)量守恒原理，界定了結(jié)構(gòu)及其參數(shù)對擴(kuò)散器流場的影響特性，量化了流場與擴(kuò)散器性能的關(guān)

2、系。應(yīng)用流體力學(xué)理論，推導(dǎo)出了擴(kuò)散器理想靜壓率、實際靜壓率、結(jié)構(gòu)阻力系數(shù)和凈收益率等計算式，建立了擴(kuò)散器性能評價體系。
　　其次，設(shè)計了雙切流線型擴(kuò)散器。根據(jù)現(xiàn)場技術(shù)要求和行業(yè)安全規(guī)范，擴(kuò)散器具有軸向長度短、曲線壁面和大轉(zhuǎn)角出流的工程約束，應(yīng)用速度勢函數(shù)，得到了非均勻平面平行來流與虛擬匯疊加的擴(kuò)散器內(nèi)流流場勢函數(shù);利用柯西-黎曼條件，導(dǎo)出該勢函數(shù)的共軛流函數(shù);利用邊界條件，解析出流線型輪廓線方程;利用預(yù)設(shè)松弛因子控制流線型輪廓線曲

3、率增加率的工程近似，得到了擴(kuò)散器內(nèi)輪廓線和外輪廓線方程。在所得內(nèi)輪廓線和外輪廓線的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種由引導(dǎo)線、流線型壁面曲線和延長線構(gòu)成的新型曲線壁面擴(kuò)散器。
　　而后，優(yōu)化了雙切流線型擴(kuò)散器結(jié)構(gòu)參數(shù)與流場。通過數(shù)值計算，得出雙切流線型擴(kuò)散器具有更合理的內(nèi)流流場和出流流場。以實際靜壓率、結(jié)構(gòu)阻力系數(shù)、凈回收率為評價指標(biāo)，優(yōu)化了雙切流線型擴(kuò)散器結(jié)構(gòu)，得出優(yōu)化的斷面擴(kuò)大系數(shù)為2.20至2.35之間。建立了實驗平臺及自動測量系統(tǒng)，針對三

4、個不同結(jié)構(gòu)及其參數(shù)變化的雙切流線型擴(kuò)散器性能開展實驗測試，獲得了最佳性能的擴(kuò)散器，優(yōu)化了雙切流線型擴(kuò)散器的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)，得到最優(yōu)斷面擴(kuò)大系數(shù)為2.28。通過數(shù)值計算，得到了雙切流線型擴(kuò)散器漸擴(kuò)斷面上的動量系數(shù)和動能系數(shù)，歸納出動量系數(shù)和動能系數(shù)隨雷諾數(shù)變化的躍升過渡流區(qū)，并得出該過渡區(qū)主要受矩形斷面寬高比的影響;相比外輪廓線，內(nèi)輪廓線上的邊界層厚度和壓力梯度的沿程變化更平緩;來流速度越大，邊界層厚度和壓力梯度沿程波動幅度和頻度越大;擴(kuò)散

5、器形體參數(shù)偏離優(yōu)化值越大，邊界層厚度和壓力梯度波動幅度和頻度越大，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，得出出流斷面上的流場越不穩(wěn)定。因此，優(yōu)化的流場能改善擴(kuò)散器性能，性能的提升依賴于擴(kuò)散器結(jié)構(gòu)及其參數(shù)的優(yōu)化來實現(xiàn)。
　　最后，形成了礦井通風(fēng)擴(kuò)散器性能與結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的方法。在工程邊界約束下，利用理論演繹，改進(jìn)了擴(kuò)散器結(jié)構(gòu)設(shè)計方法;利用數(shù)值計算，優(yōu)化了擴(kuò)散器結(jié)構(gòu);利用數(shù)值計算和模型實驗，優(yōu)化了擴(kuò)散器結(jié)構(gòu)及其參數(shù);最終，形成了以性能參數(shù)為評價指標(biāo)的雙切流線型