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矿井点火源防控自吸气式泡沫发生装置研究

矿井点火源防控自吸气式泡沫发生装置研究

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作者：武顺中国矿业大学

学位级别：硕士

热动力灾害是煤矿重特大事故的主体,隐蔽点火源初期的有效治理是矿井热动力灾害防治的关键。水基泡沫覆盖面广、堆积包裹性强、耗水量低,近年来在矿井防灭火工作中应用效果较好。然而,由于井下复杂的隐蔽空间和恶劣的生产条件,传统压缩... 详细信息

热动力灾害是煤矿重特大事故的主体,隐蔽点火源初期的有效治理是矿井热动力灾害防治的关键。水基泡沫覆盖面广、堆积包裹性强、耗水量低,近年来在矿井防灭火工作中应用效果较好。然而,由于井下复杂的隐蔽空间和恶劣的生产条件,传统压缩空气式泡沫发生装置供气系统复杂、便携性差以及安全性不足的问题极大的限制了泡沫防灭火技术对热动力灾害点火源的高效防控。为此,本文采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的综合研究方法,开展了新型自吸气式泡沫发生装置的研究,取得的主要成果和结论如下:设计了一种新型自吸气式泡沫发生装置。基于射流泵射流吸气原理,在现有泡沫发生装置的基础上,提出了一种新型自吸气式泡沫发生装置。实现了以压力水为唯一动力源,利用高速水射流所形成的负压效应卷吸装置周围空气进行气液混合发泡的功能。这种设计思路不仅摒弃了传统压缩空气泡沫工艺所需的外部供气设备,极大地简化了压缩空气式产泡系统,便于移动式灭火,还增强了整个系统的安全性,提高了新型自吸气式泡沫发生装置的现场应用性。利用ANSYS Fluent实现了新型自吸气式泡沫发生装置结构参数的优化。基于控制变量的思想,利用CFD数值模拟软件ANSYS Fluent对不同结构参数计算模型的内部流场进行分析,阐明了不同结构参数（喷嘴出口直径、吸气孔直径、吸气孔个数和吸气孔角度）对新型自吸气式泡沫发生装置吸气性能和气液混合效果的影响规律。综合考虑装置的吸气量、吸气效率和气液混合效果,得到了新型自吸气式泡沫发生装置的最优结构参数:喷嘴出口直径5mm、吸气孔直径15mm、吸气孔个数2和吸气孔角度45度。实验研究了新型自吸气式泡沫发生装置的吸气特性和产泡性能。基于ANSYS Fluent参数优化的结果,设计了自吸气式泡沫发生装置吸气特性实验,探究了不同结构参数和工况条件下装置的吸气特性,进一步确定了装置的最优结构参数。研究表明:当装置采用5mm喷嘴出口直径、15mm吸气孔直径和双45度吸气孔时,装置的吸气性能最优;在工作压强为0.6MPa时,装置的气水比达到最大值16.6,此时吸气量为35.4m/h。最后在此基础上构建了产泡实验,探究了不同工况和吸气参数对装置产泡性能的影响。结果表明:装置的发泡倍数随工作压强、工作流量和吸气量的增加呈现出“快速增大-波动上升”的分段特性,装置最终实现了在低压力水条件下的自吸气稳定发泡。该论文有图67幅,表12个,参考文献70篇

关键词：热动力灾害点火源防控射流自吸气数值模拟泡沫发生装置

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