基于LDA的均直巷道断面突扩风速分布规律实验研究

风速分布是计算井下巷道瓦斯、火灾气体、粉尘运移规律,温度、湿度分布,传热传质过程的基础,对风速传感器布置及测风仪表研制具有重要意义。针对传统的接触式瞬时速度测量方法的局限性,采用非接触式激光多普勒测速仪（LDA）对均直巷道的稳定流动及断面突扩后风流状态进行实验测试。在平均风速为4 m/s左右的条件下,得出即使是均直巷道的稳定流动,其瞬时风速的大小及方向也呈现极度的湍流脉动性,平均脉动幅度可达平均风速值的33%左右,测点风速大小及风向均服从正态高斯分布;在突扩区域有大涡存在,漩涡区风流方向极不规则,各向均有分布,其风速平均绝对值在0.1~0.2 m/s左右波动,表明井下工程测风可有条件地忽略湍流大涡区域。受突扩影响均直巷道断面风速分布呈近似均等的动态的波浪线分布而非拟抛物线型,壁面光滑的实验巷道边界层厚度在5 mm左右,风速以跃迁方式“突变”达到均值。实验表明,传统的测风原理及方法仅能满足一般的工程需要,但是不能满足以湍流为特征的巷道瓦斯、火灾气体、粉尘运移规律,温度、湿度分布,传热传质等过程的计算要求。     

煤矿通风巷道断面风速测定与变化规律研究

借助普朗特混合长理论和布辛涅斯克理论对巷道风速场分布规律进行理论分析,得出巷道风流湍流形态下的风速场对数分布公式。利用CFD15超声波测风仪对古城煤矿井下巷道风速进行测试,结果表明:在巷道近似的定常风流运动中,瞬时风速大小表现出典型的脉动特征,平均脉动幅度最高可达到平均风速的67%;用对数分布公式能够比较理想地描述巷道断面风速场的变化规律,1306回风巷测风站试验结果与对数函数相关性高达96%。     

基于混合长度理论的巷道风速场规律研究

为研究巷道断面风流风速分布规律,准确测定风速大小,根据普朗特混合长度理论建立的粘性应力 与速度梯度关系与湍流运动基本方程式相结合,运用量纲分析法,分析平均风速与巷道断面任一点风速的关系,并 在实验巷道和井下进行现场实测,得出巷道风流风速分布规律。结果表明,巷道断面任一点风速与平均风速比和 实测点位置存在一种线性关系。针对煤矿井下巷道断面风速分布进行研究可以为准确计算巷道风量及平均风速 提供参考,并为风速传感器布置提出指导意见。     

巷道交叉对风流稳定影响的模拟分析

为研究矿山井下巷道交叉对巷道中风流稳定的影响,采用数值模拟的方法,建立相关的矿山巷道交叉模型,并利用Fluent软件对模型进行模拟计算,分别以巷道交叉入口风速为1m/s,3m/s,13m/s为例,对3种不风速下交叉巷道的风流流场进行模拟,得到各风速条件下的巷道风流分布云图及静压云图。结果显示,巷道交叉对巷道风流分布影响明显,风流入风端在靠近巷道交叉口时,会出现中心风速变大、两侧风速变小的现象,经过巷道交叉口且入风端巷道方向一致的巷道风流受扰动距离最小,与入风端垂直交叉的巷道受扰动最大,而入风端的风速大小对经过巷道交叉的风流分布无明显影响。研究结果为矿山井下通风系统监测点布置提供理论指导,对提高相应条件的通风监测准确性具有重要意义。     

巷道测风站风速传感器平均风速测定位置优化研究

为了得到井下巷道测风站内风速传感器测定巷道平均风速的最佳布置位置,以郑煤集团白坪煤矿井下-175 m水平并联进风石门测风站为研究对象,根据巷道测风站实测通风参数建立测风站巷道风速场CFD计算模型,经现场实测结果与模拟结果对比,验证了巷道测风站风速场CFD模型模拟计算的可靠性。利用巷道测风站风速场CFD模型,对测风站内人员处于极端位置条件下巷道测风站风速场进行定量模拟分析,研究结果表明:巷道测风站的中垂线距巷道底板距离区间3.63~3.64 m为风速传感器最佳布置区域,将风速传感器布置该区域内,可保证测风站附近区域存在人员时测风站内风速传感器的测风精准度,可为巷道精准化测风工作提供指导。     

大断面巷道风量精准测量数值模拟研究北大核心

目前大断面巷道风量精准测量已然成为困扰矿井通风系统管理人员的一道难题;为了解决这一问题,首先借助COMSOL Multiphysics软件的湍流模拟功能,以煤矿常见的矩形巷道和半圆拱形巷道为例,分别模拟了巷道入口风速为0.25、2、6、12 m/s时,巷道断面中各点瞬时风速的分布情况;发现巷道断面中瞬时风速等于平均风速的位置只与巷道断面的几何特征有关,不会随巷道入口风速的变化而发生改变,验证了"关键环"的存在;然后计算了巷道断面中距离底板1.8 m处的二维截线上各点的瞬时风速,通过后处理功能精准确定了巷道断面中瞬时风速等于平均风速的位置;这样就为精准确定大断面巷道的风量提供了依据;最后为了方便技术人员使用,将计算模型封装成能够独立运行的APP,只需要输入巷道的几何特征参数和入口风速,就可以确定断面中平均风速等值线的位置。     

基于VUMA的某矿井下热环境模拟研究

随着矿山开采深度的不断增加,井下环境存在的高温高湿问题日益凸显,严重威胁工人职业健康和生产安全。为了探究井下热环境的分布及其影响因素,采取针对性的降温措施,基于VUMA-3D对某矿井进行了井下热环境模拟,研究了地温梯度、围岩传热系数、设备功率、入风风速和入风风温等不同因素对井下热环境的影响规律。研究结果表明：地温梯度每增加0.001℃/m,巷道内温度增大0.75℃左右;入风风速每增大0.2 m/s,巷道温度降低0.8℃,巷道内风速达到2.4 m/s后,巷道温度降低幅度变为0.34℃;入风温度以0.62℃的梯度递减,回风温度以平均0.4℃递减;增大风速和降低风温相结合的降温效果更好,但是降温效果对风流不畅的巷道有限,采用局部通风方法后,巷道温度从28.3℃降低到27.5℃以下,高温热害得到改善。     

基于速度场系数的主通风机风量单点统计测量方法

针对主通风机风量难以精准监测的问题,提出了一种单点统计测量方法。利用湍流统计法测量单点时均风速,基于速度场结构近似恒定原理将单点时均风速线性转换为断面平均风速,可有效解决风硐内风速非均匀分布和湍流脉动引起的监测误差。并用该方法在金川公司龙首矿风硐内进行了现场试验,结果表明,统计测量获得的速度场系数具有较好的稳定性,并能将监测误差控制在4%以内,大幅提高了主通风机风量的监测水平。方法可用于矿井主通风机性能的定期测定和风量的在线监测。     

巷道风量全自动在线测试装置研制与应用

为了实现巷道风量在线准确测试,以王坡煤矿上寺头北翼回风巷和辅运大巷为研究对象,采用CFD方法模拟了矩形巷道和半圆拱巷道断面风速结构场;对比不同巷道风量条件下巷道断面平均风速分布区域,巷道风量大小对巷道断面内平均风速分布区域无影响;进一步获得巷道断面无因次风速结构场,为巷道断面平均风速分布区域内布置多个风速采集点准确求取巷道平均风速奠定了理论基础;以巷道断面无因次风速结构场为基础,根据巷道断面平均风速分布区域确定巷道平均风速数据采集点位置,构建了巷道断面平均风速九点采集法,准确获得巷道平均风速的同时能够检验风速传感器是否存在数据失真问题;结合巷道断面平均风速九点采集法,设计了分别适用于矩形巷道、拱形巷道的龙门式和折叠式巷道风量全自动在线测试装置,根据巷道平均风速数据采集点位置定制设计测试装置结构尺寸与风速传感器运动轨迹。在王坡煤矿10个测风站位置部署了巷道风量全自动在线测试装置,人工测风数据和装置测风数据之间相对误差小于8%,研究表明巷道风量全自动在线测试装置的测风精度能够满足矿井通风要求,同时能够实现矿井多个巷道风量同步在线测试。     

基于S型皮托管的矿用自校准风速传感器设计

针对普通风速传感器因煤矿井下潮湿、粉尘等复杂环境引起的测压口堵塞,导致基本误差超标、工作稳定性下降等问题,提出一种基于S型皮托管原理的自校准风速传感器设计方法,重点介绍了其工作原理、自校准设计方案及软硬件设计思路。该传感器采用S型皮托管测量风的压力,压力信号经过滤波处理后,利用风速与风压的转换模型获得风速测量数据。实验结果表明,在风速0.4～15 m/s内,该传感器测量误差不大于±0.2 m/s,且具有较好的温度特性、防堵性能和工作稳定性。     

跳汰风管压力与脉动水流特性的对应关系研究

在实验室型筛下跳汰机上，在线测量了不同风压和风阀周期下风阀与跳汰空气室的连接管（简称风管）中压力和跳汰室液位的变化规律，经计算机处理后，得到了跳汰室液位、水流速度、加速度和风管中压力的对应关系图。通过对理论公式和对应关系图的分析，得到准确的跳汰脉动水流上升和下降时间点，以及水流最大上升速度和最大下降速度点，从而得到脉动水流的基本周期特性。     

框架式平衡风门在高河煤矿的应用

为保证煤矿井下通风系统稳定,井下巷道在贯通前,必须提前在相关巷道构筑风门。若贯通点构筑永久风门,构筑前期系统稳定,但随着巷道的掘进,矿山压力逐渐显现,会出现风门变形、墙体压裂等现象,影响系统稳定性;且贯通点位于巷道末端,辅助运输设备无法将永久风门材料运输到位,造成人工运输,增加劳动强度。若用传统木风门构筑,掘进机贯通后在联巷内回撤时,导致联巷内木风门需逐道先拆除、后恢复,费工费料,且不能有效保障通风系统稳定。为此,高河矿提出了用框架式平衡风门替代永久风门,实现联巷之间风流阻断,既保障了通风系统稳定,又解决了矿山压力损坏永久风门的材料浪费等现象,具有较强的推广前景。     

Experimental study of flow patterns in deoiling hydrocyclone

Using a two-component laser Doppler velocimeter, the axial velocity, tangential velocity and fluctuation velocity were measured in a 35-mm deoiling hydrocyclone. Air core occurs in the hydrocyclone when inlet flow rate is more than 2.00 m³/h. The fluctuation velocities with air core are greater than without air core. The velocity magnitudes are dependent on the inlet flow rate and the flow character is not change by changes in the inlet flow rate in hydrocyclone. The velocity fluctuations are greater near the core and near the wall. The results show that air core in the hydrocyclone will arose turbulence fluctuation. These studies are helpful to understand the separation mechanism of deoiling hydrocyclone.     

掘进工作面附壁射流紊动特性的LDA实验

掘进工作面附壁射流具有置换和掺混双重作用,体现为流场的时均和紊动特性。射流的紊动在瓦斯粉尘的迁移扩散中起着关键性作用,如工作面粉尘的悬浮运动完全靠风流的紊动得以维持。由于紊动本身的复杂性以及实验设备的限制,以往对独头巷附壁射流的研究一般停留在时均量上,对紊动量的认识还不够深入。为此,采用三维激光多普勒测速仪,在独头巷射流通风实验模型内,对三维脉动风速进行了测量。根据紊流统计理论,分析得到了风流的各向紊动强度,并对紊动强度的分布规律和量级进行了研究。结果表明:受限条件下,由于回流存在,射流的紊动在射流区和回流区都很剧烈,3个方向的紊动强度具有量级相同和各向异性的特点。在射流剪切层内,紊动强度从射流轴线到射流边界呈先增后减趋势;在射流剪切层以外的回流区,紊动整体变化不明显,始终维持着与平均风速大小相当的强度。流场内较大的速度梯度导致流层之间剪切失稳是形成剧烈紊动的重要原因。由于紊动具有与平均风速相近的强度,在研究独头巷风流排污效率、瓦斯粉尘运移规律等问题时,无论理论分析还是数值计算,都应对运动方程中的速度脉动项给予充分重视。     

旋流器内部流场的数值模拟方法研究

旋流器以其操作简单,运行成本低,物理尺寸小等优点广泛应用于化工分离行业。其内部流场情况对其分离精度及分离效率起着关键作用,准确模拟该流场具有重要意义。流场变量梯度高、旋流特征强,尤其中心空气柱的存在增加了其数值模拟的不确定性。借助CFD(Computational Fluid Dynamics)软件,对75 mm经典旋流器系统地进行了气-液两相流非稳态数值模拟,研究了湍流模型,压力-速度耦合方式以及离散格式对旋流器内部流场计算结果的影响,并将其空气柱直径、切向速度以及轴向速度进行对比。结果表明:RSM(Reynolds Stress Model)湍流模型可以较为准确地预测旋流器流场,仅在空气柱附近区域预测的速度值偏低。RNG k-ε(RNG k-epsilon)、Realizable k-ε(Realizable k-epsilon)以及Standard k-ε(Standard k-epsilon)湍流模型预测的该流场与实际流场存在较大差异。其中,RNG k-ε模型误差较Realizable k-ε以及Standard k-ε模型稍低;QUICK与Second Order Upwind离散格式在预测旋流器内部流场时差别不大。Third-order MUSCL,Power Law以及First Order Upwind离散格式没有求解出流场中完整的空气柱;SIMPLE,PISO及Coupled三种压力-速度耦合方式对计算结果的影响不大,相比较而言SIMPLE算法为较适合计算旋流器流场的压力-速度耦合方式。Coupled较其他2种算法在溢流管段预测的空气柱直径偏大,速度偏小,部分锥段空气柱直径偏小,速度偏大。     

矿用空压机油闪点试验不确定度评定

在国家安全生产检测检验工作中，测量不确定度对检测检验的试验结果有着重要影响。为了确保实验室测量准确度，根据标准GB/T 3536—2008对矿用空压机油闪点的测定（克利夫兰开口杯法）进行了测量不确定度评定研究，通过建立数学模型，对测定中测量温度和气压重复性、测试人员读取温度计示值、标准温度计、气压计、压力标准器、升温速率、扫划火焰频率这8个主要不确定度分量进行评定，得出矿用空压机油闪点温度测量不确定度的主要影响因素为温度测量重复性和扫划火焰频率引入的不确定度。在空压机油闪点实际检验过程中，对其质量的判定提供了很大的帮助。     

供气压力对煤矿井下气水喷雾降尘的影响

为了分析供气压力对煤矿井下气水喷雾降尘的影响,基于自行设计的气水喷雾降尘试验平台,采用多普勒相位干涉仪与粉尘浓度测定仪对不同供气压力下的气水喷雾雾化特性和降尘效率进行测定。结果表明：随着供气压力的增加,耗气量几乎呈线性增加,而耗水量几乎呈线性递减;雾滴粒径随着供气压力的增加而不断减小,但当供气压力达到某一值后,继续提高供气压力,雾滴粒径变化不明显;雾滴平均速度与数密度均随着供气压力的增加呈现先增加后减小的变化规律,而空间水含量则随着供气压力的增加持续下降;随着供气压力的增加,气水喷雾对全尘和呼吸性粉尘的降尘效率均先升高后降低;在采掘工作面进行气水喷雾降尘时,供气压力即不能过高也不能过低,为确保全尘和呼吸性粉尘的降尘效率,应选择与供水压力较为接近的供气压力。     

巷道平均风速测定装置研究与应用测试

针对矿山走线法测风时人员手持风表所走轨迹速度差异致使风量测量误差较大的问题,研究设计出一种新型巷道平均风速测定装置,该装置采用在固定轨道上匀速走线方式测定风量,克服人工测量的弊端.同时对装置进行实际可靠性风量试验测试,测试结果显示在不同风速条件下,装置测定结果与实际风量误差均小于2％,精度远高于人工测量,可更准确地反映...     

超长掘进工作面风量预测关键技术

基于流体动力学和非线性渗流理论,在分析计算漏风在风筒布中的临界渗透率、临界渗流速度和风筒布平均孔隙直径等参数的基础上,建立了风筒漏风流态判定模型,以典型矿井条件下风筒最大风压、百米漏风率等参数为基础,得到矿井条件下风筒漏风的线性渗流分布规律。建立了风筒漏风数学模型,以实际风筒入口风量、入口静压和风筒出口风量为边界条件,对长距离掘进工作面风筒漏风分布和风压分布进行了模拟计算,获得单位长度风筒风阻和单位长度风筒层流漏风风阻的反演计算理论,数值模拟与实测结果相符。