高压环境条件下煤矿瓦斯爆炸特性数值模拟

环境压力对瓦斯爆炸特性有明显影响。针对处于高压环境的瓦斯气体爆炸特性,运用流场模拟软件对瓦斯爆炸过程进行数值模拟,对爆炸过程中的压力场、温度场和速度场进行分析。数值模拟结果表明:当环境压力为2.0 MPa范围内时,最大爆炸压力随着环境压力的升高成倍增加;随着初始环境压力的增大,各测点火焰的到达时间相应变短,爆炸温度也同比升高;初期燃烧过程受环境压力影响明显,在前20 ms内,燃烧速度随环境压力的升高先下降后上升,而终态燃烧速度基本一致。     

雾化气体压力及导流管伸长量对导流管顶端压力的影响

对雾化气体压力及导流管伸长量对导流管顶端气体流场的影响进行了研究.结果表明:随着雾化气体压力增加,导流管顶端压力先降低后升高;气体流场发生开涡-闭涡转变时雾化气体压力升高、导流管顶端压力降低;闭涡状态下,导流管顶端压力与雾化气体压力成直线关系,且随着导流管伸长量增加,直线斜率减小.     

电选摩擦器气体流动及单颗粒运动特性研究

为研究电选摩擦器内气固运动特性,建立了三种摩擦棒不同分布特征的摩擦器数学模型,运用标准k-ε湍流模型及颗粒轨道模型,对摩擦器内气固两相流流场进行了数值模拟,主要研究了气体相对压力场、相对速度场分布情况;并以粒径为10、40、74μm的球形颗粒为研究对象,分析了编号43的单个颗粒运动情况。研究结果表明,摩擦棒对气体流动过程的干扰作用明显,摩擦棒间距对气相流场分布影响很大;摩擦棒背部的负压区和回流区面积沿气体运动方向逐渐增大;摩擦棒分布特征和粒径对摩擦器内颗粒速度变化趋势影响大,颗粒粒径与运动轨迹长度成正比,与速度成反比。     

基于CFD的负载敏感多路阀压力补偿阀口温度影响仿真研究

采用数值模拟分析与理论分析相结合的方法,研究液压油温度对轮式液压挖掘机的负载敏感多路阀压力补偿阀口流场的影响。通过仿真得到的压力场、速度场及湍流场进行对比,分析,了解其内部流场特征,找出温度对液流特性的影响,从而有利于减少阀内静压力的损失与气穴产生的几率,提高液压系统的性能。     

瓦斯抽采降压过程中温度对煤变形及渗透率的影响

以重庆松藻煤矿K2煤层为研究对象,利用自行研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置,进行了不同温度条件下含瓦斯煤在气体压力降低过程中的渗流试验,分析了抽采降压过程中温度对含瓦斯煤变形及渗透率的影响。结果表明:在气体压力降低过程中,轴向应变随温度升高先略有减小后逐渐增大,径向应变随温度升高逐渐往负值方向发展;各温度条件下,含瓦斯煤渗透率随气体压力降低均呈现先减小后增大的趋势;在抽采降压过程中,煤样渗透率随温度的变化与应变随温度的变化具有对应关系。     

细水雾在低浓度瓦斯输送管道中沉降规律的研究

 摘要：低浓度瓦斯输送细水雾安全保护系统是一项新兴技术。然而细水雾在低浓度瓦斯输送管道中受到附加质量力、拖拽阻力和热泳力等作用而沉降,使得细水雾的浓度降低而直接影响低浓度瓦斯的安全输送。本研究通过对细水雾颗粒沉降运动轨迹的理论分析得到细水雾颗粒在瓦斯流场中的力平衡方程,并从试验中得到在距喷嘴0.25m处细水雾的沉降速率明显大于其它位置,当瓦斯流场速度大于1m/s时,细水雾颗粒沉降速率随着输送距离的增加逐渐降低;对既定测试位置,细水雾沉降速率随着瓦斯流场速度的增大先降低后升高。其研究结果对低浓度瓦斯细水雾安全输送保护系统的设计及工程应用有一定的参考价值。     

采空区气体流场多尺度数值模拟及热蒸发效应分析

采空区漏风是诱发采空区遗煤自然发火的主要原因之一，然而在不同研究尺度下，采空区气体流动服从不同的规律。利用多尺度关联型分析方法分别从宏观尺度和介观尺度研究了采空区内自由流动域和多孔介质域内稳态流场的速度和压力分布情况；构建了热-流-湿多场耦合模型，并在此基础上使用多物理场模拟软件模拟了煤中水分受气体流动和热蒸发效应影响下的变化情况。结果表明：煤中水分含量会在热蒸发效应下逐渐降低，与热重分析实验得到的结果相吻合；背风侧受流场影响水蒸气的浓度较高；另外受到蒸发吸热的影响，煤体温度场不断发生变化，靠近背风侧煤体内部温度下降较慢。     

不同环境温度下瓦斯爆炸特性的数值模拟研究

运用计算流体力学分别对常温、高温条件下的瓦斯爆炸过程进行了数值模拟研究,模拟结果清晰地反映了爆炸后不同时刻流场中爆炸压力、火焰温度、各组分浓度等参数的分布特征。研究发现,随着环境温度的升高,化学反应速率加快,爆炸后火焰温度的升高主要是由于初始气体温度升高带来的热量。     

刮板输送机链轮组件用液体静压轴承流固耦合分析

利用计算流体动力学软件CFX,对静压轴承的油膜进行流体稳态分析。得到油膜的流场、速度场和压力场分布,通过流固耦合分析将油膜的压力作为静压轴承主轴结构静力分析载荷,得到了油膜在不同下腔包角对轴承的径向承载特性影响规律。结果表明:静压轴承的承载力满足链轮组件的承载要求;轴承承载能力随着偏心距的增大而增大,随着下腔包角的增大先增大后减小;油膜刚度随着偏心距的增大先增大后减小。研究结果对静压轴承结构参数的优化提供理论依据。     

二次负压降尘装置的外流场正交实验及仿真研究

利用ANSYS FLUENT软件对二次负压降尘器喷管外的速度流场进行了数值模拟仿真,通过正交优化试验,观察分析喷管外速度流场的仿真结果,得出在其他工况一定的情况下,喷嘴口径、喉管长度、喷射水压和渐扩管扩散角度对喷管外部速度流场的影响变化。各因素对喷管外速度流场降为零的距离影响由大到小依次是喷射水压、喷嘴口径、渐扩管角度和喉管长度。     

浸没喷吹高温烟气流动过程的数值模拟

熔池内部是一个复杂的高温环境,内部的高温烟气流动过程对熔炼效果有重要影响.针对熔池内高温烟气流动过程,采用数值模拟方法分析了高温烟气喷出时产生的气泡在生长、上升过程中的速度变化和在熔池内的温度变化,以及不同速度下连续喷吹时熔池内部的气液两相混合状态等.结果表明,高温烟气喷吹产生的气泡在喷枪管口生长变大,初始形状为半圆形...     

湍流状态下竖直管道内甲烷-煤尘预混特征及爆炸过程数值模拟

为揭示管道内甲烷-煤尘预混湍流特征及爆炸火焰传播过程,构建了竖直管道内甲烷-煤尘预混扩散及爆炸物理数学模型;基于流体力学及传热-传质理论,对管道内甲烷-煤尘扩散特征和爆炸过程进行了数值模拟。划分了管道内气固两相扩散特征阶段,分析了初始真空度和进气压力对扩散湍流强度的影响规律;研究了煤尘粒径、浓度及甲烷浓度对爆炸最大压力及最大爆炸压力上升速率的影响特征;揭示了管道内甲烷-煤尘预混爆炸过程中火焰传播特征及爆炸机制。结果表明:煤尘颗粒在竖直管道罐内扩散可分为快速注入、减速分散、稳定和沉降4个连续阶段,初始真空度及进气压力对湍流强度均有影响;爆炸过程中,不同时刻下管道整体爆炸压力场基本均匀分布。甲烷浓度、煤尘浓度及粒径与最大爆炸压力P_(max)及最大爆炸压力上升速率(dP/dt)_(max)均呈现二次函数关系;不同时刻下爆炸火焰结构及火焰高度、火焰传播速度的模拟与试验结果具有较好的一致性,火焰结构呈现"月牙-S-下凹月牙-指尖"传播至爆炸结束。温度分布不均,高温区集中在管道上部和中下部。火焰传播速度先增大后减小,后期呈现震荡性特征。     

先排矸三产品重介质旋流器流场的数值模拟

使用3种湍流模型对先排矸三产品重介质旋流器的流场进行了数值模拟和实验研究.采用RSM模型进行的流场数值模拟结果表明，在旋流器密度场中，一段旋流器流场中存在着完整的空气柱，二段空气柱是气水混合中心低密度区；在旋流器压力场中，以轴线为中心存在着负压区，沿径向负压逐渐升高至0，然后达到正压力；在旋流器速度场中，轴向速度沿轴线向下形成内旋流，沿半径加大到0，形成了零速包络面，一段的切向速度和DWP旋流器相近，二段的切向速度比DWP旋流器更高.     

高温铜渣颗粒流换热CFD模拟研究

采用CFD模拟技术研究了铜渣颗粒流余热回收颗粒塔工艺内冷却段气固传热性能和料层阻力特性，分析了颗粒塔内气固温度、压力、换热区间以及换热时间等工艺参数的变化规律。结果表明，冷却空气进入颗粒塔穿过球形铜渣时发生快速强制对流换热过程中，颗粒塔内压降梯度变化大于温度梯度变化；气速越大，换热区高度越小，10 m/s气流速度对应换热区高度仅为0.85 m, 4 m/s气流速度对应换热区高度为1.4 m;换热运行时间随气流速度增大而减小，10 m/s气速对应换热运行时间最短仅为30 s, 4 m/s气流速度对应换热运行时间最长为135 s;增大气流速度有利于强化颗粒塔内气固的换热效果，提高换热量，10 m/s气流速度对应的换热量最大为7.0×10⁷ W。     

水沙混合物裂隙渗流特性分析

水沙在裂隙或破碎岩石中的渗透特性具有复杂性,研究水沙裂隙渗流特性对于揭示突水溃沙机理具有重要意义。利用自制的水沙裂隙渗流试验仪器,通过改变沙粒径、浓度等因素进行水沙渗透试验,获得水沙在裂隙中流动的滞后性特征。通过水沙裂隙渗流试验,得到了岩石裂隙中水沙渗流速度-压力梯度滞环曲线,分析了滞环曲线的特征,简单解释了滞后现象的原因。得到其渗透压力梯度与渗流速度在一个循环周期内形成了一条封闭滞后曲线,根据曲线的是否有交叉和往返曲线的距离分为4种变化类型;随沙粒径和沙浓度增大,曲线由Ⅰ型向Ⅳ型转化。滞后性指标用最大滞后量G_p和滞环面积S描述,随沙粒径和浓度增大,这两者均呈增大趋势,但增幅并不同步。进一步,利用ANSYS Fluent软件进行水沙裂隙渗流场的数值模拟,获得了在不同因素影响下渗流场的变化规律。数值模拟结果表明,粗糙裂隙流场物理量随时间波动;粗糙裂隙中水沙流动受壁面约束作用,表现出流场物理量空间分布的随机性。模拟结果显示裂隙中水沙渗流场不稳定,渗流场的压力损失与沙粒径呈反向变化。裂隙横截面上水沙流体时均速度和湍动能分布受沙粒径和沙体积浓度影响很大,表现为极值点的位置偏移。此研究可以为进一步研究浅埋煤层突水提供参考。     

高硫高砷金精矿三相流化床流动特征模拟

常温常压条件下基于欧拉模型, 利用Fluent软件对高1.6 m、内径0.09 m的高硫高砷金精矿三相流化床流动特征进行了数值模拟。模拟过程以空气为气相且为连续相, 液态水为液相, 密度为3.2 g/cm3、粒径为0.5 mm的高硫高砷金精颗粒为固相。模拟结果显示, 流场的压力从计算域的入口到出口逐渐降低,速度场的变化对气液固局部相含率的分布影响显著; 在径向上, 气含率(ε_g)从计算域中心往边壁降低, 在轴向上也逐渐降低; 固含率(ε_s)从计算域的入口到出口逐渐减小, 从计算域中心向边壁ε_s增加。模拟结果与实验结果一致, 可为合理设置气流速度以及金矿投放量提供依据。     

矿用离心风机流场稳态耦合仿真研究

为了研究矿用离心风机在高粉尘浓度环境下的工作情况,利用计算流体力学软件FLUENT对4-72-4A型离心风机进行了气固耦合仿真研究,应用SIMPLE算法和标准k-ε湍流模型对离心风机叶轮内部的气相流场和颗粒相运动轨迹进行了数值计算,获得了离心风机叶轮流场区域和蜗壳流场区域内的速度场和压力场,以及颗粒相的运动轨迹,对离心风机的结构优化及设计具有重要意义。     

掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置的研制与实验

为有效控制由掘进机截割头旋转破碎引发的粉尘污染,基于高压喷雾在涡旋气体射流场中的运动规律及二次雾化破碎特性,研制了一种可以阻隔工作区域高质量浓度粉尘迁移扩散的新型掘进机外气动涡旋雾幕控尘装置。绘制了包含掘进系统的气动涡旋雾幕控尘装置的比例模型,并通过利用CFD数值模拟软件获得该型设备外部风流场迁移规律和液滴粒子运动规律,以模拟结果为理论基础建立实验平台,并对设备的雾化性能及控尘性能进行了实验测定。模拟结果表明:在环状风筒前端形成了完整旋转风幕,外环高压喷雾受内环高速旋转风流冲击,加剧了液滴的破碎、迁移扩散与捕尘性能。雾化性能实验结果表明:该型设备雾化性能主要由气体射流与高压喷雾的相间速度差决定,喷雾夹角为45°～75°,相间速度差较大,气相射流风速对雾化性能影响占主导地位;喷雾夹角大于75°时,相间干涉减小,喷雾压力占主导地位;随着沿流向方向的距离增大,风速快速衰减,液滴运动趋于稳定。控尘性能实验研究结果表明:当喷雾压力、喷雾夹角不变的情况下,单独提高引射射流风速时,涡旋雾幕前方粉尘捕集较差,全尘和呼尘平均捕集率分别为21.21%和26.24%;而雾幕后方,不同风速下的全尘捕集率分别为84.98%,87.88%和90.70%,呼吸性粉尘捕集率为83.89%,87.87%和88.71%,照比传统高压喷雾表现出更好的控尘性能。     

基于LBM-DEM耦合模型的多孔射流喷动床内流动特性

研究喷动床内颗粒的流动特性对于喷动床的设计和优化具有重要意义。基于格子Boltzmann方法 (LBM)-离散单元法(DEM)的数学模型,综合考虑固体运动对流场的影响,气相采用修正后的格子Boltzmann方程计算,颗粒-颗粒以及颗粒-壁面之间的碰撞采用离散单元法软球模型,颗粒所受气体曳力采用Gidaspow曳力模型,流固耦合基于牛顿第三定律,从介观角度深入剖析了多孔射流稠密气固流化床内流动机理。采用Fortran语言编程对上述模型进行求解,通过复现气泡在鼓泡床中的演化过程,有效验证了LBM-DEM耦合模型的准确性。研究了单喷口系统与多喷口系统在不同射流速度下的空隙率、颗粒拟温度、床层膨胀高度以及颗粒动能与势能等典型参数变化。结果表明:单喷口射流气速增加时,气体对颗粒的携带能力增强,喷泉区扩大,床内空隙率分布增大,速度脉动变大,颗粒拟温度升高,床层膨胀高度提高;而在多喷口系统中,相邻喷口间存在较强的横向扰动,在床层底部喷泉区出现明显射流合并,位于中心射流区域的颗粒获得较高动量,喷口数的增加使得床层膨胀高度提高27.50%,时均空隙率范围扩大,颗粒拟温度升高,且射流合并高度随喷口数量的增加而降低28.57%,颗粒势能增加66.07%,动能减少48.48%。以上分析结果表明基于修正格子Boltzmann方法与离散单元法相结合的耦合模型可以作为分析稠密气固两相流内在机理的有效工具。