基于紊流分區(qū)的井巷沿程阻力系數(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、我國(guó)礦井生產(chǎn)條件復(fù)雜多變，瓦斯爆炸、煤塵爆炸、火災(zāi)等事故時(shí)有發(fā)生，這些災(zāi)害嚴(yán)重制約著礦井的安全生產(chǎn)，而通風(fēng)是防治上述災(zāi)害的基本措施之一，作為決定礦井通風(fēng)阻力的基礎(chǔ)參數(shù)的沿程阻力系數(shù)的確定就顯得尤為重要。本文主要從分析礦井巷道內(nèi)風(fēng)流流態(tài)入手，針對(duì)以往研究較少的處于水力光滑向完全紊流轉(zhuǎn)變的過(guò)渡區(qū)域內(nèi)井巷風(fēng)流進(jìn)行研究，通過(guò)大量的仿真模型實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)定，明確了影響礦井沿程阻力系數(shù)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(shù)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(zhuǎn)變的過(guò)渡區(qū)域的計(jì)算模型；并通過(guò)理論分析結(jié)合考慮礦井內(nèi)特定支護(hù)形式，研究了特定支護(hù)巷道影響沿程阻力系數(shù)的因素；并根據(jù)實(shí)測(cè)和前人的研究成果建立特定支護(hù)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(shù)的方法。論文主要取得了以下進(jìn)展：
　?。?）通過(guò)利用礦井通風(fēng)仿真模型模擬實(shí)驗(yàn)，研究了模擬巷道內(nèi)風(fēng)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(nèi)沿程阻力系數(shù)的變化規(guī)律。
　　在礦井通風(fēng)仿真模型中通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以將紊流區(qū)劃分三個(gè)區(qū)域，在模擬巷道中風(fēng)流處于水力光滑向完全紊流轉(zhuǎn)變的過(guò)渡區(qū)域時(shí)沿程阻力系數(shù)受雷諾數(shù)影響較為明顯。在模擬巷道內(nèi)添加了運(yùn)輸軌道，增大了局部阻礙物對(duì)風(fēng)流的影響，故在整個(gè)紊流區(qū)沿程阻力系數(shù)的變化梯度均大于莫迪圖上的變化梯度。
　?。?）通過(guò)對(duì)凸凹度在50mm左右的礦山平直錨噴或砌碹巷道的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，研究了該類巷道處于水力光滑向完全紊流轉(zhuǎn)變的過(guò)渡區(qū)域

4、內(nèi)井巷風(fēng)流流動(dòng)過(guò)程中阻力系數(shù)的變化情況，發(fā)現(xiàn)了礦井巷道紊流不同區(qū)域沿程阻力系數(shù)分布特征。
　?、偻ㄟ^(guò)礦井巷道的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)該類礦井巷道常見(jiàn)的雷諾數(shù)在2.9×105-2.6×106之間變動(dòng)時(shí)，風(fēng)流基本上均處于紊流區(qū)。當(dāng)雷諾數(shù)在2.9×105-1.3×106范圍內(nèi)時(shí)，風(fēng)流處于水力光滑向完全紊流的過(guò)渡區(qū)域；當(dāng)其大于1.3×106以后，處于完全紊流區(qū)域。
　?、谡w分布情況類似于莫迪圖的變化規(guī)律，均出現(xiàn)在紊流的過(guò)渡區(qū)沿程阻力系數(shù)

5、隨相對(duì)粗糙度的增加而增大，同一相對(duì)粗糙度的情況下，沿程阻力系數(shù)隨Re增大反而下降的情況，與模擬巷道實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同的是其沿程阻力系數(shù)λ值明顯要大于莫迪圖。
　　（3）根據(jù)在礦井井巷內(nèi)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)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(shù)的計(jì)算模型；并運(yùn)用多元非線性回歸理論，考慮巷道相對(duì)粗糙度和雷諾數(shù)的綜合影響提出了水力光滑向完全紊流轉(zhuǎn)變的過(guò)渡區(qū)域的確定模型，在此基礎(chǔ)上提出了不同雷諾數(shù)范圍內(nèi)相對(duì)粗糙度和雷諾數(shù)兩個(gè)因素對(duì)沿程阻

6、力系數(shù)影響程度不同。當(dāng)雷諾數(shù)小于8.0×105時(shí)，雷諾數(shù)對(duì)沿程阻力系數(shù)影響比較大，當(dāng)雷諾數(shù)大于8.0×105后，相對(duì)粗糙度成為影響礦井沿程阻力系數(shù)的主要因素。
　　（4）對(duì)于礦井特定支護(hù)巷道實(shí)際參數(shù)具有模糊性和不完全確定性，引入了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，建立了對(duì)工字鋼支護(hù)和木支護(hù)巷道包括各種變量參數(shù)形成多元的函數(shù)逼近效果的仿真模型。對(duì)于回采工作面和局部變形的回風(fēng)巷道，建立分類識(shí)別模型可以對(duì)模糊信息實(shí)現(xiàn)智能化處理。從而形成礦井井巷沿程阻力系數(shù)