消防水炮喷嘴流场数值模拟研究

消防水炮是消灭大型火灾的关键工具,正在向大流量、远射程和高射高等方向发展。喷嘴作为消防水炮的核心部件之一,其设计直接决定射流性能的优劣。采用Fluent对3种不同内轮廓线结构的消防水炮喷嘴进行流场数值模拟,分析结构形式对射流压力、速度和湍动能的影响,从而确定消防水炮喷嘴的最佳内轮廓线结构。通过实验结果可知,在流量为40、50、60和80 L/s的情况下,采用正弦形式的喷嘴内轮廓曲线的射程高于国标规定射程15%以上。以上研究可为提高消防水炮射流性能提供参考。     

基于离散元法的掘进机截齿最优旋转角研究

为探讨截齿旋转角对掘进机截割性能的影响规律,提高截齿的使用寿命,采用离散元法建立了截齿截割煤岩的仿真模型。通过单轴压缩试验确定了煤岩近似物理模型的物理性质参数,保证了从细观角度分析截齿截割过程离散元模型的准确性。通过综合分析旋转角变化对截齿载荷、载荷变差系数和截割比能耗3个性能评价指标的影响,确定了截割头球冠段、圆锥段和圆柱段的最佳旋转角取值或取值范围,为掘进机截齿旋转角的优化提供了理论依据。     

部分断面掘进机截割头截割性能研究

截割头是掘进机直接实现截割功能的关键部件,其设计在一定程度上直接决定了整机的性能。采用混凝土制作煤岩,对自制煤岩进行单轴压缩试验,确定其抗压强度和弹性模量。针对掘进机截割煤岩过程的复杂性,以部分断面掘进机截割头为研究对象,基于单轴压缩试验所确定的物理参数,利用动力学有限元软件LS-DYNA建立截割头截割煤岩过程仿真模型,探讨了截齿切削角和旋转角对截割载荷、载荷波动和截割比能耗的影响规律。由仿真结果可知,当截齿的切削角在48°~50°范围,旋转角在12°~16°范围时,截割头的截割能力较佳;将由试验确定的自制煤岩截割力矩时域曲线与仿真结果进行对比,验证了所建立的仿真模型的正确性。上述研究为部分断面掘进机截割头截割性能的改善提供了理论基础,同时为其他类型截割或切削问题的研究提供了理论借鉴。