基于紊流分區(qū)的井巷沿程阻力系數研究與應用.pdf

1、我國礦井生產條件復雜多變，瓦斯爆炸、煤塵爆炸、火災等事故時有發(fā)生，這些災害嚴重制約著礦井的安全生產，而通風是防治上述災害的基本措施之一，作為決定礦井通風阻力的基礎參數的沿程阻力系數的確定就顯得尤為重要。本文主要從分析礦井巷道內風流流態(tài)入手，針對以往研究較少的處于水力光滑向完全紊流轉變的過渡區(qū)域內井巷風流進行研究，通過大量的仿真模型實驗和現場的實際測定，明確了影響礦井沿程阻力系數的主要因素；探尋了礦井巷道紊流不同區(qū)域沿程阻力系數分布特征；

2、提出了適用于礦井井巷的完全紊流區(qū)域和水力光滑向完全紊流轉變的過渡區(qū)域的計算模型；并通過理論分析結合考慮礦井內特定支護形式，研究了特定支護巷道影響沿程阻力系數的因素；并根據實測和前人的研究成果建立特定支護形式巷道、回采工作面及附加部分局部阻力的變形巷道的仿真模型，形成了確定礦井巷道沿程阻力系數的方法。論文主要取得了以下進展：
　?。?）通過利用礦井通風仿真模型模擬實驗，研究了模擬巷道內風流的流態(tài)及紊流的不同區(qū)域劃分情況，明確了模擬巷

3、道內沿程阻力系數的變化規(guī)律。
　　在礦井通風仿真模型中通過實驗數據分析可以將紊流區(qū)劃分三個區(qū)域，在模擬巷道中風流處于水力光滑向完全紊流轉變的過渡區(qū)域時沿程阻力系數受雷諾數影響較為明顯。在模擬巷道內添加了運輸軌道，增大了局部阻礙物對風流的影響，故在整個紊流區(qū)沿程阻力系數的變化梯度均大于莫迪圖上的變化梯度。
　?。?）通過對凸凹度在50mm左右的礦山平直錨噴或砌碹巷道的現場實驗，研究了該類巷道處于水力光滑向完全紊流轉變的過渡區(qū)域

4、內井巷風流流動過程中阻力系數的變化情況，發(fā)現了礦井巷道紊流不同區(qū)域沿程阻力系數分布特征。
　?、偻ㄟ^礦井巷道的現場實驗表明，對該類礦井巷道常見的雷諾數在2.9×105-2.6×106之間變動時，風流基本上均處于紊流區(qū)。當雷諾數在2.9×105-1.3×106范圍內時，風流處于水力光滑向完全紊流的過渡區(qū)域；當其大于1.3×106以后，處于完全紊流區(qū)域。
　　②整體分布情況類似于莫迪圖的變化規(guī)律，均出現在紊流的過渡區(qū)沿程阻力系數

5、隨相對粗糙度的增加而增大，同一相對粗糙度的情況下，沿程阻力系數隨Re增大反而下降的情況，與模擬巷道實驗結果相同的是其沿程阻力系數λ值明顯要大于莫迪圖。
　?。?）根據在礦井井巷內開展實驗研究的結果，提出了適用于礦井井巷的完全紊流區(qū)域沿程阻力系數的計算模型；并運用多元非線性回歸理論，考慮巷道相對粗糙度和雷諾數的綜合影響提出了水力光滑向完全紊流轉變的過渡區(qū)域的確定模型，在此基礎上提出了不同雷諾數范圍內相對粗糙度和雷諾數兩個因素對沿程阻

6、力系數影響程度不同。當雷諾數小于8.0×105時，雷諾數對沿程阻力系數影響比較大，當雷諾數大于8.0×105后，相對粗糙度成為影響礦井沿程阻力系數的主要因素。
　?。?）對于礦井特定支護巷道實際參數具有模糊性和不完全確定性，引入了神經網絡理論，建立了對工字鋼支護和木支護巷道包括各種變量參數形成多元的函數逼近效果的仿真模型。對于回采工作面和局部變形的回風巷道，建立分類識別模型可以對模糊信息實現智能化處理。從而形成礦井井巷沿程阻力系數