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本文针对目前国内外在自然风压计算研究上的不足,以大冶铁矿东采矿井为实例,以流体动力学、传热学等知识为基础,利用计算机数值模拟和曲线拟合的方法得到了自然风压的计算式,为该矿通风系统的改造、风机的选型、叶片安装角度的调整及自然风压的控制与利用等提供依据。
在广泛收集资料的基础上,本文从巷道围岩与空气的热交换机理的角度分析了自然风压的形成过程。利用以下方法创造性的解决了由于巷道壁面温度分布未知而无法直接进行壁面-风流热交换模拟的问题:对大冶铁矿东采矿井通风系统进行合理的假设和简化,利用GAMBIT软件建立巷道-围岩流固耦合模型,流固耦合面使用Split工具分割,而无需定义该处温度边界条件即可自动进行数据交换,围岩调热圈外半径处温度沿井深的变化曲线使用自定义函数UDF进行编译,使温度边界条件与现实情况一致。
文章为模型划分了合适的网格、确立了FLUENT数学模型及计算方法,对巷道空气流动及传热进行了数值模拟,得出了巷道内风速及风压大小、风流方向、风流及围岩的温度分布情况,将模拟结果与实测值进行比较,证明了所建立的模型是合理、可用的;通过改变FLUENT的边界条件,得到了不同环境气温下的自然风压数据,运用MINITAB曲线拟合法,得出了冬夏两季自然风压与其主要影响因素即温度和井深的关系式,与传统计算方法比较,说明该方法具有一定优越性;最后提出了自然风压在大冶铁矿的控制与利用方法。
同时,本论文也为其他矿山自然风压的研究提供参考,为今后自然风压相关理论的研究提供一种新的研究思路。