煤矿主通风机内流规律的实验观察及理论探讨.pdf

第2 9 卷第5 期 2 0 0 0 年9 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆．T c c h n o l o g y V o I ．2 9N o ．5 S e p ．2 0 0 0 文章编号1 0 0 01 9 6 4 2 0 0 0 0 50 5 】5 一0 4 煤矿主通风机内流规律的 实验观察及理论探讨 胡亚非 中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州2 2 1 0 0 8 摘要采用“流痕法”研究了现场运行条件下的通风机内流流型和空间旋涡结构．构造出一幅生 动的叶型流动图画．将叶型流动图画与涡动力学理论相结合，建立了风机叶型附面层发展的弦向 三区物理模式，且描述了旋涡结构特征． 关键词通风机；旋涡流动；叶面流痕；附面层分离 中图分类号T u8 3 4 ．4 1文献标识码A 对通风机出口和人口流场的研究可以揭示通 风机的外部特性，并对这些外部特性作出解释．但 是，轴流风机无驼化研究最迫切需要了解的是通风 机内部流场特性，特别是叶轮流道内部三维流场的 形态、壁面和转子叶片附面层、顶部间隙的泄漏和 二次流、叶片尾流分离特性及其影响因素． 目前为止，通风机内流研究大多数基于两种方 法1 用数值方法模拟通风机叶栅内流．为使N s 方程和附面层动量积分方程组封闭，需对流场条 件作诸多假设，其预测结果强烈地依赖于其中的经 验常数，从而使该方法的实际应用受到一定的限 制．2 用流动显示，热线探测、测压、测力等方法直 接在实验室条件下对孤翼、叶栅和通风机内流进行 测定．这种方法以相似理论为基础推广实验结论， 难点恰好在于实验条件与通风机的实际运行条件 难以相似，甚至因测试手段在现场难以使用，而无 法确定以实验结论描述通风机内流状态所必须进 行的修正． 事实上，矿井轴流风机的实际运行条件与孤 翼、叶栅的风硐实验条件以及模型风机的实验室条 件差别很大，影响因素要复杂得多．因此，轴流风机 消驼途径及其有效性预测有待于对实际运行条件 下的通风机内流的深入研究．本文选择了现场条件 下轴流风机内流研究这一盲点，深化对通风机内流 的认识． 1 实验条件 研究对象为兖州矿务局济宁二号煤矿的主要 通风机．该机选用上海鼓风机厂引进德国T L T 公 司透平机技术生产的G A F 型矿用轴流风机，19 9 6 年3 月正式挂网运行．由于该矿尚未正式投产，运 行工况与选型工况有相当的差距，实际运行工况位 于该风机的小风量运行区．根据实测，风机运行工 况的人口平均流速为1 3m ／s ．按实验研究对这种 运行工况下内流的观察结论，气流已具有很大的人 口冲角，风机的内流应当呈现极为复杂的不稳定三 维流动状态． 2 研究方案 实施通风机无驼化设计，提高通风机的性能， 必须弄清通风机内部流场情况，速度分布与损失的 关系以及附面层状况及其对性能的影响．应用流动 可视化技术，用直观的方法研究叶轮机械内部流动 的全貌或流场中流体运动的个别流动状态和特征 是一种新的有效手段，并广泛地应用于叶轮机械内 部流动测量的实验研究．流动可视化技术内涵丰 富，包括表面流迹、流丝、示踪、化学反应、电气控制 和光学等诸多方法，对通风机内流研究而言，各种 方法都受到一定的限制，通风机内流实验室研究的 测压、测力等方法也难以在矿井通风的现场使用． 收稿日期2 0 0 0 0 3 1 4 基金项目国家九五重点科技攻关项目 9 6 2 2 3 0 2 0 7 ，煤炭科学基金资助项目 9 6 机1 0 1 0 2 作者筒介。胡亚飞, 1 9 5 5 一 ，女。0 U l l l 省自贡市人，中国矿业大学救授，工学博士，从事流体机械及监控研究． 万方数据 f m 目“i Ⅻ“自Ⅷm ⋯M i * m * 女№十自月* m H { t * 月Tm**M4 t 目目lMF K 目月 i 十自。L m ＆目 m 、m 『n I 目月n m N ＆％ p ⋯n ＆Ⅱ m 】m n 4 ∞* 口l 目 自“ m F 。m 1 3 宴验结果分析与叶型附面层弦向 E 物 理模式 } 自】壶”目i №J q m m ％■目41 】】* 镕 日E 目～“ 自月自＆“ Ⅻ十A m d ．r q 女m W 目* 自H m m ∞* d №“1 日￡* ∞ “ ∞f ％E i m 自Ⅸi * * * f l } ＆ ％ “ K Ⅻ“ 目H m Ⅸ* Ⅲm m 目H * * ” m 自“ * H ＆日H m ＆ “ ￡* m 自2 l q ∞{ 日Ⅱ ￡目．g ⅫⅢ％* “∞i 目 ∞ ‰0 3 1X 自* ≈E 目】m ，H ～* I 。 } * r g ] 日h l n m 耕』| 司 I R F Ⅲ”I 十月目于门Ⅲ∞Ⅲ m n Ⅲ目日’ * i ∞* “ J { 自ⅫL ∞＆ 目目十‰_ r * * ‰n ∞H 十”l _ ” 女* t ”j 『目 * ＆* t ％．m ＆R f 日M ＆* 口1 镕≈＆∞ m ‰麓鍪；；裂篇一u - 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