礦用空氣幕特性研究及優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、礦業(yè)開發(fā)的迅猛發(fā)展、開采深度和機(jī)械化程度的不斷增加致使礦井的風(fēng)流調(diào)控難題逐漸凸顯出來。礦用空氣幕作為風(fēng)流調(diào)控的有效技術(shù),其應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。由于礦用空氣幕調(diào)控風(fēng)流的效果與供風(fēng)器的結(jié)構(gòu)有關(guān),因此優(yōu)化設(shè)計(jì)供風(fēng)器的結(jié)構(gòu)對(duì)于提高礦用空氣幕的運(yùn)行性能和效率有重要意義。為此,本論文開展如下主要研究?jī)?nèi)容:
　　1.以應(yīng)用于礦山的空氣幕為研究對(duì)象,運(yùn)用Pro/E軟件建立供風(fēng)器的參數(shù)化三維模型,為供風(fēng)器內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值模擬計(jì)算提供模型支持。

2、　　2.運(yùn)用CFD軟件Fluent對(duì)供風(fēng)器內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,并對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行處理和分析。診斷出結(jié)構(gòu)上存在的問題,提出結(jié)構(gòu)改進(jìn)的初始方案,通過模擬數(shù)值分析得出優(yōu)化供風(fēng)器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。
　　3.通過分析單機(jī)循環(huán)型隔斷風(fēng)流礦用空氣幕的實(shí)際流動(dòng)模型得出優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型,創(chuàng)建Pro/E,Gambit和Fluent軟件集成優(yōu)化所需的準(zhǔn)備文件。在多學(xué)科優(yōu)化軟件Isight中搭建好集成優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)。完成Pro/E,Gambit和Flu

3、ent的集成,實(shí)現(xiàn)供風(fēng)器結(jié)構(gòu)的“設(shè)計(jì)—分析—優(yōu)化—再設(shè)計(jì)”自動(dòng)循環(huán)優(yōu)化。
　　4.采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法與直接搜索方法組合策略對(duì)供風(fēng)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。通過最優(yōu)拉丁超立方算法和Hooke-Jeeves算法聯(lián)合對(duì)設(shè)計(jì)空間進(jìn)行搜索,最后得到結(jié)構(gòu)的最優(yōu)參數(shù)。
　　5.對(duì)優(yōu)化模型的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行后處理,分析中心截面X=0速度矢量圖和出口速度直方圖,再對(duì)結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步改進(jìn),最終確定供風(fēng)器結(jié)構(gòu)。
　　6.根據(jù)供風(fēng)器的流場(chǎng)數(shù)值模擬和優(yōu)化結(jié)果,

4、試制優(yōu)化后的礦用空氣幕,并對(duì)優(yōu)化前后礦用空氣幕的出口速度進(jìn)行對(duì)比研究。
　　數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的結(jié)果表明:(1)通過集成優(yōu)化,供風(fēng)器數(shù)值模擬的出口平均速度比原始模型增大了8.5％,而實(shí)測(cè)出口平均速度提高了6.6%,優(yōu)化后供風(fēng)器的分布更加集中和均勻,壓力損失減少了5%;(2)將多學(xué)科優(yōu)化理念應(yīng)用到供風(fēng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)中,能有效地縮短開發(fā)時(shí)間和提高優(yōu)化效率,結(jié)合優(yōu)化設(shè)計(jì)理論,能有效地降低優(yōu)化設(shè)計(jì)成本和提高產(chǎn)品性能;(3)數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)