礦井通風系統(tǒng)擴散器性能與結構優(yōu)化研究.pdf

1、針對當前礦井通風系統(tǒng)擴散器結構阻力大和由此導致通風系統(tǒng)風機效率低的問題，提出了雙切流線型擴散器，形成了該擴散器結構及其參數(shù)的優(yōu)化方法，優(yōu)化了擴散器流場，改善了該擴散器的性能，提高了礦井通風系統(tǒng)的效率。
　　首先，在深入調查研究的基礎上，總結了礦井通風系統(tǒng)節(jié)能技術研究進展，找出了存在的問題，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化擴散器是實現(xiàn)礦井通風系統(tǒng)節(jié)能的重要途徑。應用能量守恒和質量守恒原理，界定了結構及其參數(shù)對擴散器流場的影響特性，量化了流場與擴散器性能的關

2、系。應用流體力學理論，推導出了擴散器理想靜壓率、實際靜壓率、結構阻力系數(shù)和凈收益率等計算式，建立了擴散器性能評價體系。
　　其次，設計了雙切流線型擴散器。根據(jù)現(xiàn)場技術要求和行業(yè)安全規(guī)范，擴散器具有軸向長度短、曲線壁面和大轉角出流的工程約束，應用速度勢函數(shù)，得到了非均勻平面平行來流與虛擬匯疊加的擴散器內流流場勢函數(shù);利用柯西-黎曼條件，導出該勢函數(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;利用預設松弛因子控制流線型輪廓線曲

3、率增加率的工程近似，得到了擴散器內輪廓線和外輪廓線方程。在所得內輪廓線和外輪廓線的基礎上，設計了一種由引導線、流線型壁面曲線和延長線構成的新型曲線壁面擴散器。
　　而后，優(yōu)化了雙切流線型擴散器結構參數(shù)與流場。通過數(shù)值計算，得出雙切流線型擴散器具有更合理的內流流場和出流流場。以實際靜壓率、結構阻力系數(shù)、凈回收率為評價指標，優(yōu)化了雙切流線型擴散器結構，得出優(yōu)化的斷面擴大系數(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、個不同結構及其參數(shù)變化的雙切流線型擴散器性能開展實驗測試，獲得了最佳性能的擴散器，優(yōu)化了雙切流線型擴散器的結構及其參數(shù)，得到最優(yōu)斷面擴大系數(shù)為2.28。通過數(shù)值計算，得到了雙切流線型擴散器漸擴斷面上的動量系數(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)化的流場能改善擴散器性能，性能的提升依賴于擴散器結構及其參數(shù)的優(yōu)化來實現(xiàn)。
　　最后，形成了礦井通風擴散器性能與結構參數(shù)優(yōu)化的方法。在工程邊界約束下，利用理論演繹，改進了擴散器結構設計方法;利用數(shù)值計算，優(yōu)化了擴散器結構;利用數(shù)值計算和模型實驗，優(yōu)化了擴散器結構及其參數(shù);最終，形成了以性能參數(shù)為評價指標的雙切流線型