简论工作面机掘工作面旋转射流屏蔽通风数值模拟及实验

论文导读：
摘要：在矿山机械化程度不断提升、开采强度日趋增大的情况下，掘进工作面粉尘量剧增，不仅给工作面生产人员的身心健康带来危害，还给正常生产安全带来隐患。在目前机掘工作面通风有着不足的形势下，如何对掘进工作面粉尘及有害物进行有效的制约并及时排放，消弭粉尘及有害物在掘进工作面的危害是矿井通风亟待解决的不足。为了进一步改善机掘工作面作业环境，满足生产安全的要求，本论文在相关探讨基础上，提出了机掘工作面旋转射流屏蔽通风。旋转射流屏蔽通风作为机掘工作面的一种新的通风策略，在国内外尚属首次探讨。旋转射流屏蔽通风是利用旋转射流的卷吸和掺混能力强的特性，在吹散掘进工作面的粉尘和瓦斯及有害物方面具有良好效果，能够实现防止瓦斯局部积聚，加强对工作面粉尘的制约和捕集。由于旋转射流流场的复杂性，目前相关论述还没有完全探讨透彻，论述浅析比较粗浅，主要依靠实验手段来探讨。机掘工作面旋转射流屏蔽通风论述的探讨成功不仅是对机掘工作面通风技术和通风论述的重大突破，同时对旋转射流基础论述的进一步探讨也将产生深远的影响。为了更好地推广这一新通风策略，本论文以机掘工作面旋转射流屏蔽通风流场为探讨对象，借助流体力学、射流论述和相似论述等相关论述，采取计算流体力学策略和实验室相似模型实验相结合的策略，对机掘工作面旋转射流屏蔽通风流场分布规律进行探讨浅析。以下几个方面是本论文探讨的主要内容：（1）论述浅析了机掘工作面旋转射流屏蔽通风流场形成历程,并阐述了机掘工作面旋转射流屏蔽通风流场的控尘机理；（2）建立机掘工作面旋转射流屏蔽通风流场计算模型，利用计算流体力学Fluent软件对其影响参数（喷射倾角、喷射口宽度b、吹吸流量比）进行了数值模拟，并得出各参数中的最佳值。同时对机掘工作面旋转屏蔽射流流场特性进行了浅析；（3）运用相似论述，采取缩比模型，制作了实验室机掘工作面旋转射流屏蔽通风相似模型，并搭建了PIV流场测试实验平台；（4）利用先进的PIV粒子成像测量技术对实验模型中的机掘工作面旋转射流屏蔽通风流场进行了测量工作，实验结果验证了数值模拟结论，为进一步探讨机掘工作面旋转射流屏蔽通风论述提供了一定的参考价值。关键词：机掘工作面论文旋转射流论文流场论文数值模拟论文相似准则论文PIV论文实验探讨论文
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ABSTRACT6-8
目录8-10
第一章 绪论10-20

1.1 课题探讨背景10-11

1.2 掘进通风国内外探讨近况11-17

1.2.1 掘进工作面通风论述探讨近况11-15

1.2.2 掘进工作面通风除尘技术探讨近况15-17

1.3 本论文探讨的主要内容17

1.4 课题的探讨策略及技术路线17-18

1.5 本章小结18-20

第二章 旋转射流屏蔽通风论述浅析20-32

2.1 紊动射流的基本概念20

2.2 紊动射流的涡结构、卷吸与扩散作用20-24

2.1 紊动射流的基本方程21-22

2.2 平面紊动射流论述22-24

2.3 环形自由射流论述24-25

2.4 环形射流与壁面的冲击25-28

2.4.1 冲击射流的基本特点25-27

2.4.2 斜冲击射流流量分配27-28

2.5 旋转射流屏蔽通风控尘论述浅析28-30

2.6 本章小结30-32

第三章 机掘工作面旋转射流屏蔽通风数值模拟探讨32-66

3.1 数值模拟的基本策略与论述32-36

3.

1.1 湍流的数值模拟策略32-33

3.

1.2 湍流的数值计算模型33-36

3.2 机掘工作面旋转射流屏蔽通风物理模型的建立36-39
3.

2.1 吹吸组合风口物理模型36-38

3.

2.2 巷道模型网格划分38

3.

2.3 数学模型38-39

3.3 机掘工作面旋转射流屏蔽通风流场分布规律39-44

3.4 数值计算结果及浅析44-61

3.4.1 组合风口喷射倾角对旋转射流屏蔽流场的影响44-51

3.4.2 喷射口宽度对旋转射流屏蔽流场的影响51-54

3.4.3 吹吸流量比对旋转射流屏蔽流场的影响54-61

3.5 旋转射流屏蔽通风流场粉尘浓度分布数值模拟61-65

3.5.1 不同喷射倾角时工作面粉尘浓度分布61-62

3.5.2 不同喷口论文导读：4.1.3相似准则的推导68-694.1.4相似模型律的选择69-704.2模型实验设计70-724.2.1相似模型设计70-724.2.2实验参数的设定724.3旋转射流屏蔽通风流场的PIV实验测量72-774.3.1PIV原理72-734.3.2PIV测量系统73-744.3.IV测量实验平台74-764.3.4PIV实验参数设定76-774.3.5PIV实验步骤774.4PIV测量结果及浅析
宽度时工作面粉尘浓度分布62-63

3.5.3 不同吹吸流量比时工作面粉尘浓度分布63-65

3.6 本章小结65-66

第四章 机掘工作面旋转射流屏蔽通风实验探讨66-80
4.

1. 相似论述浅析66-70

4.

1.1 流动相似66-67

4.

1.2 相似论述67-68

4.

1.3 相似准则的推导68-69

4.

1.4 相似模型律的选择69-70

4.2 模型实验设计70-72
4.

2.1 相似模型设计70-72

4.

2.2 实验参数的设定72

4.3 旋转射流屏蔽通风流场的 PIV 实验测量72-77
4.

3.1 PIV 原理72-73

4.

3.2 PIV 测量系统73-74

4.

3.3 PIV 测量实验平台74-76

4.

3.4 PIV 实验参数设定76-77

4.

3.5 PIV 实验步骤77

4.4 PIV 测量结果及浅析77-79

4.5 实验误差浅析79

4.6 本章小结79-80

第五章 结论与展望80-82

5.1 结论80-81

5.2 革新点81

5.3 展望81-82

参考文献82-86
致谢86-87
附录：攻读硕士学位期间的学术成果87-88

一、公开发表的学术论文87

二、参与科研项目87

三、专利87-88

详细摘要88-97