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外门空气幕对供暖期高校宿舍室内温度的影响

煤气与热力 2024年第1期44卷 14-18页

作者：杨玉昕罗君王飞飞邱屹葛航华中科技大学环境科学与工程学院湖北武汉430074 武汉市计量测试检定(研究)所湖北武汉430050

以武汉某高校安装空调器、外门空气幕的4人学生宿舍为研究对象,在供暖期不同室外温度条件下,对人员坐姿时头部所在高度面(1.1 m高度面)的温度场、速度场进行模拟。以1.1 m高度面的空气温度整体水平、空气温度分布均匀性作为评价标准,选... 详细信息

以武汉某高校安装空调器、外门空气幕的4人学生宿舍为研究对象,在供暖期不同室外温度条件下,对人员坐姿时头部所在高度面(1.1 m高度面)的温度场、速度场进行模拟。以1.1 m高度面的空气温度整体水平、空气温度分布均匀性作为评价标准,选取适宜的空调送风角。以1.1 m高度面低温(低于23℃)区面积比为5%作为评价标准,确定不同室外温度条件下空气幕最佳送风风速。空调送风角宜选取45°。1.1 m高度面低温区面积比为5%时,室外温度8、3、-2℃对应的空气幕最佳送风风速分别为0.18、0.30、0.46 m/s。1.1 m高度面的空气速度分布以空调送风为主导,高速区出现在两储物柜中间位置,空气幕送风风速对1.1 m高度面的空气速度分布基本无影响。

关键词：空气幕高校学生宿舍温度分布速度分布

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寒区隧道洞口段空气幕保温理论研究

铁道学报 2022年第11期44卷 144-153页

作者：王仁远朱永全高焱方智淳张红钰王道远石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 淮阴工学院交通工程学院江苏淮安223003 河北建设集团天辰建筑工程有限公司河北保定071000 河北交通职业技术学院路桥工程系河北石家庄050035

为保证寒区隧道在服役期间不发生冻害,根据相似原理搭建隧道温度场模型试验台,研究寒冷季节隧道内温度的变化规律,并提出一种新型的主动保温措施-隧道洞口段空气幕保温措施。使用流函数叠加与热平衡原理,得出空气幕保温措施的控制方程,... 详细信息

为保证寒区隧道在服役期间不发生冻害,根据相似原理搭建隧道温度场模型试验台,研究寒冷季节隧道内温度的变化规律,并提出一种新型的主动保温措施-隧道洞口段空气幕保温措施。使用流函数叠加与热平衡原理,得出空气幕保温措施的控制方程,使用叠加原理及贝塞尔特征函数推导出在空气幕作用下,寒区隧道洞口断面处围岩的径向温度解析解,最后以正盘台隧道为算例,验证该保温措施的可行性。研究结论表明:外界环境温度和围岩温度是影响寒区隧道温度场的主要因素;采用控制方程计算,图像结果显示空气幕保温措施可有效防止隧道冻害;隧道径向温度理论解与有限元计算结果相差较小,解析法可为今后的工程实践提供理论基础。

关键词：寒区隧道温度场模型试验空气幕保温措施

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附壁旋流风幕集尘系统数值模拟与试验研究

安全与环境学报 2024年第6期24卷 2252-2260页

作者：贾宝山吴钧陈鑫刘雅俊王震辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁阜新123000 矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室(辽宁工程技术大学) 辽宁阜新123000

大型设备工作时产生的粉尘浓度过高、粉尘扩散等问题,会影响工作人员的身体健康,甚至可能造成“粉尘爆炸”等安全问题。基于此现状提出了一种新型风幕集尘系统并介绍了其构造及应用。为了使系统的集尘效果更好,采用计算流体力学FLUENT... 详细信息

大型设备工作时产生的粉尘浓度过高、粉尘扩散等问题,会影响工作人员的身体健康,甚至可能造成“粉尘爆炸”等安全问题。基于此现状提出了一种新型风幕集尘系统并介绍了其构造及应用。为了使系统的集尘效果更好,采用计算流体力学FLUENT软件进行数值模拟分析并对风幕集尘系统的工作参数进行了试验研究,得到最佳的设备工作参数及风幕的集尘效率。结果表明:(1)附壁旋流集尘风幕系统可形成稳定的螺旋风流场,大部分粉尘可以控制在风幕内侧,达到良好的集尘效果;(2)附壁旋流风幕集尘系统的射流腔条缝口的喷射角度对风幕形成效果影响最明显,风幕闭合性会随着射流腔工作角度变化而变化;(3)当射流腔条缝口角度为45°、风幕入口速度为15~25 m/s时,风幕的闭合性最好;(4)风幕的入口速度过大或过小都会使风幕的集尘效果下降;(5)吸尘盘的负压区域与风幕交界处会产生微弱湍流,但对风幕整体闭合性影响较小;(6)模拟与试验结果吻合,验证了新型附壁旋流集尘风幕技术的有效性。

关键词：安全工程空气幕集尘系统 FLUENT 设备参数数值模拟

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冷库空气幕气流组织优化及冷风渗透实验

制冷学报 2023年第2期44卷 137-143页

作者：王雅博尹玉成刘兴华石聪卞鼎晖李一鸣天津商业大学机械工程学院天津市制冷技术重点实验室天津300134

传统冷库空气幕通常以出口风速的研究作为提高阻断效率的重点,对射流风速在沿程上的持续性缺乏关注。本文通过对空气幕装置进行三次针对风速优化的结构性设计改造(改进安装了小型静压箱和渐缩喷口;在静压箱中安装导流叶片;设置回风系统... 详细信息

传统冷库空气幕通常以出口风速的研究作为提高阻断效率的重点,对射流风速在沿程上的持续性缺乏关注。本文通过对空气幕装置进行三次针对风速优化的结构性设计改造(改进安装了小型静压箱和渐缩喷口;在静压箱中安装导流叶片;设置回风系统)以减少空气幕射流沿程快速衰减。通过搭建空气幕性能测试实验台,对所设计空气幕沿程风速衰减情况进行测量,使用气体示踪法计算了不同配置空气幕的阻断效率。结果表明:加装静压箱和渐缩喷口对送风前半程的风速提升较大,安装导流叶片对风速库门后半程的风速优化影响较大,回风系统会使后半程风速显著提高;冷风渗透实验中单层风幕、双层风幕和三层风幕的密封效率分别为0.16、0.19和0.22,单层循环风幕、双层循环风幕和三层循环风幕的密封效率分别为0.29、0.38和0.43。

关键词：空气幕气流组织风速衰减冷风渗透

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双机并联空气幕射流角度对巷道风流的影响

黄金科学技术 2022年第5期30卷 743-752页

作者：马恒高嘉毅李世虎高科辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁葫芦岛125000 矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室辽宁葫芦岛125000

为研究双机并联循环型空气幕在矿井巷道中拦截风流的效果,对空气幕射流角度和风机全压进行分析。以某金属矿巷道为工程背景,利用Fluent数值模拟技术,建立原巷道等比例物理模型,并选用K45-6型轴流式风机对原巷道内部的流场进行数值模拟,... 详细信息

为研究双机并联循环型空气幕在矿井巷道中拦截风流的效果,对空气幕射流角度和风机全压进行分析。以某金属矿巷道为工程背景,利用Fluent数值模拟技术,建立原巷道等比例物理模型,并选用K45-6型轴流式风机对原巷道内部的流场进行数值模拟,从隔断压差、漏风量和阻风率3个方面进行分析。结果表明:风机全压为定值时,随着空气幕射流角度的增大,隔断压差与阻风率呈现先增大后减小的变化趋势,漏风量呈现先减小后增大的变化趋势,随着空气幕射流角度的增大气幕汇合逐渐形成完整风幕,但当空气幕射流角度继续增大时,受到来自巷道横向压力的作用,空气幕不能有效阻隔风流;当射流角度过小或风机全压过大时会发生引射风流现象,此时双机并联空气幕将巷道下游空气引射到上游,不再拦截巷道风流。综合分析,在巷道内设置双机并联空气幕控风效果明显,巷道空气幕最优组合为风机全压叶片角度为30°且射流角度为30°。

关键词：空气幕射流角度隔断压差阻风率流场分析数值模拟

综掘面水幕帘与空气幕联合控降尘技术试验研究与工程实践

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综掘面水幕帘与空气幕联合控降尘技术试验研究与工程实践

作者：李会桢中国矿业大学

学位级别：硕士

随着煤矿掘进机械化水平的提升,掘进工作面粉尘产生量急剧上升,对煤矿安全生产和工人的身心健康存在着严重威胁。水幕帘和空气幕是综掘巷道常用的控降尘技术措施,但在应用过程中多以主观经验为主进行现场布置以及工况参数设置,不够科学... 详细信息

随着煤矿掘进机械化水平的提升,掘进工作面粉尘产生量急剧上升,对煤矿安全生产和工人的身心健康存在着严重威胁。水幕帘和空气幕是综掘巷道常用的控降尘技术措施,但在应用过程中多以主观经验为主进行现场布置以及工况参数设置,不够科学合理。不合理的布置方式与结构参数设计会增加巷道通风阻力,降低水幕帘和空气幕的控降尘效率,导致粉尘防治效果不佳。为了充分发挥二者的控降尘性能,本文分别以水幕帘和空气幕为研究对象,开展了水幕帘结构参数优化及降尘性能测试研究、空气幕结构设计与控尘性能研究,并提出了基于迎头喷雾、空气幕、水幕帘的综掘面联动降尘技术体系,取得了如下研究成果:基于煤矿井下水幕帘降尘技术的应用背景,分析阐释了水幕帘降尘机理,确定了影响水幕帘降尘性能的关键结构因素。合理设计不同因素参数水平,采用自主搭建的试验平台,基于正交试验对不同因素水平下水幕帘降尘性能与通风阻力特性开展了研究。结果表明:筛网网孔越小越有利于捕尘水膜的形成,水膜间的强度和韧性更高,但也会导致巷道通风阻力的增加,不利于含尘风流的排出;随着喷雾与筛网间距的增大,粉尘沉降效率呈现出了先下降后上升的变化趋势,通风阻力则与间距呈负相关;筛网倾斜状态阻碍了捕尘水膜的形成,致使降尘效率下降的同时增加了巷道通风阻力;此外,喷雾压力(超过3MPa)增加,水幕帘降尘效率增幅减缓而通风阻力大幅增加。最终根据试验结果,确定水幕帘应用最佳工况参数为筛网孔径2*2mm、采用全断面竖直布置方式,喷雾布置于筛网上风侧1.2m处、喷雾压力设为3MPa。通过Anasys Fluent仿真模拟与试验相结合的方式对空气幕出口宽度、导流槽长度、流道(送风管道)类型与导流叶片布置方式等进行了研究,设计出了能形成风量均匀、抗偏移能力强的横流空气幕装置,并对所设计装置的隔尘性能进行了试验测试。研究表明:当出口宽度设为1.5cm时,空气幕能够最大程度将粉尘阻隔在迎头区域,且后方巷道风流分布较为均匀,有利于逸散粉尘的排出;导流槽高度设为40mm时,整流能力最强,射流过程对周围空气夹带作用弱;流道类型采用楔形流道时,能保持管道内部静压稳定,实现条缝出口均匀送风;导流叶片采用下部倾斜45°上部竖直的组合型叶片,并间隔4cm布置时,能够有效降低风流偏转阻力,增强气幕抗干扰能力。采用研发的空气幕装置开展隔尘试验,结果表明:空气幕对全尘和呼吸尘的阻隔效率分别为62.59%和61.91%,能有效抑制粉尘的扩散。针对综掘面粉尘治理的难点,提出了基于迎头喷雾、空气幕、水幕帘技术的综掘面联动降尘技术体系,并采用自主搭建的水幕帘与空气幕联合控降尘试验系统,对该降尘技术体系的降尘性能进行了测试。测试结果表明:联动降尘技术对呼吸尘和全尘的降尘效率最高可达86.45%和88.96%,相比空气幕与迎头喷雾联合降尘技术分别提高了11.24%、9.89%,相比单一喷雾降尘分别提高了23.03%、23.15%。并在首山一矿进行了现场应用,应用证明:现场粉尘沉降效率最高可达85.05%,说明了水幕帘与空气幕联动降尘技术体系能够有效结合迎头喷雾、空气幕、水幕帘的技术优势,通过控降结合,实现综掘巷道全水平多级高效率协同降尘。

关键词：综掘面粉尘水幕帘空气幕降尘性能

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横流式冷库空气幕性能优化

横流式冷库空气幕性能优化

作者：尹玉成天津商业大学

学位级别：硕士

随着冷链物流的快速发展,该行业通过直接和间接方式造成较大的能源消耗。如冷藏室或冷冻室等制冷设施,操作期间库门需要频繁的打开和关闭。此过程中发生的冷空气渗透会造成冷库额外的制冷负荷,通常在冷库门口安装空气幕来减少库门开启... 详细信息

随着冷链物流的快速发展,该行业通过直接和间接方式造成较大的能源消耗。如冷藏室或冷冻室等制冷设施,操作期间库门需要频繁的打开和关闭。此过程中发生的冷空气渗透会造成冷库额外的制冷负荷,通常在冷库门口安装空气幕来减少库门开启所造成的冷量损失。因此研究空气幕装置不同的结构参数对库门冷风渗透的阻断作用具有重要的指导意义。研究表明空气幕的安装方式、射流速度,射流方向以及沿程的风速衰减情况等因素都会影响其阻断效率。然而,综合考虑空气幕诸多因素的研究十分有限。本文提出一种衡量空气幕密封性的新指标,即使用射流末端风速大于环境风速的空气幕进行隔断,以实现空气幕射流对库门的完全覆盖。设计了一种横流式多层空气幕,通过对传统空气幕的结构改进,分别开发了静压空气幕、静压导流空气幕和循环空气幕;搭建空气幕性能测试实验台,对所设计空气幕沿程风速衰减情况进行测量,并使用基于气体示踪法的冷风渗透实验测试了不同配置的空气幕系统对库门密封的效率。在实验的基础之上,建立了空气幕和冷库的数值模型,计算了不同结构空气幕出口射流风速的衰减情况,并与实验结果进行了对比验证;探究了空气幕风管横截面积和出风射流均匀性之间的相关性,以及空气幕送风槽的延伸长度对出风射流分散性的影响。使用CFD软件建立了冷风渗透的仿真模型,分别测试了横流式多层空气幕的层间距、射流角度和射流厚度对阻断效率的相关影响。主要结论如下:(1)空气幕装置的结构设计对风幕稳定性和持续性有很大影响,合适尺寸的梯形静压箱能有效整理出口风流的紊乱度并提高空气幕射流风速。导流叶片通过对风流的机械导流作用在改善出风均匀性。回风系统使空气幕形成气流循环,加强了空气幕的密封性。多层空气幕和循环空气幕能有效加强空气幕对库门的阻断作用。(2)空气幕装置所需的风幕射程取决于库门的尺寸参数,不同配置空气幕下风幕射程的仿真数据验证为实际应用提供了数据支撑。风管截面积的大小对于空气幕内部的静压力有很大影响,其内部静压力的分布决定空气幕装置的出风均匀性。送风槽提高出口风幕射流的集中度,合适的送风槽延伸长度可以在一定程度上避免风流的分散。相反,送风槽延伸长度过大相反会增大气流的沿程阻力,降低风幕强度。(3)多层气幕之间的层间距与阻断效率具有一定的相关性,在一定范围内的层间距越大,多层气幕对库门的封闭效果越好,且存在最佳层间距使得风幕效率达到峰值。喷射角度是影响多层空气幕阻断效果的关键因素,气幕喷口一定的外偏转角度可以有效抵抗环境热压力。扩大多层空气幕的喷口宽度可以提高风幕射流的厚度,且存在最佳喷口宽度使得空气幕效率获得最优。

关键词：空气幕冷库气流组织冷风渗透结构优化

矿井避难硐室空气幕阻隔CO性能数值仿真研究

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矿井避难硐室空气幕阻隔CO性能数值仿真研究

作者：沈振强贵州大学

学位级别：硕士

矿井火灾、爆炸事故中,75%以上遇难者因CO中毒或窒息而亡。以避难硐室为主的矿山紧急避险系统是保障矿工生命安全的重要措施。安全的呼吸环境是实现避难硐室生命安全保障功能的前提,但矿井火灾、爆炸等事故发生后巷道中CO浓度可高达1%以... 详细信息

矿井火灾、爆炸事故中,75%以上遇难者因CO中毒或窒息而亡。以避难硐室为主的矿山紧急避险系统是保障矿工生命安全的重要措施。安全的呼吸环境是实现避难硐室生命安全保障功能的前提,但矿井火灾、爆炸等事故发生后巷道中CO浓度可高达1%以上,CO气体将随人员进入过程侵入避难硐室,使室内呼吸环境面临危险。空气幕通过形成一面空气屏障阻隔有毒有害气体流动。尽管大多数矿井避难硐室都已安装了空气幕,但是对于空气幕的安装使用都是比较随意,缺乏相应的规范,导致空气幕难以发挥出较高的阻隔性能。目前,学者对于影响空气幕阻隔性能的因素也有所研究,其中包括射流速度、射流角度以及安装位置等因素,但是还不够系统和完善。本文将阻隔效率作为评价空气幕性能的指标,立足于空气幕系统的影响因素分析以及性能优化两个关键点,以国内某50人的避难硐室为初始模型,利用CFD软件研究矿井瓦斯爆炸事故发生后,避难硐室门框处射流速度、安装位置、结构参数以及射流角度等参数改变对空气幕系统阻隔CO气体的性能的影响;同时研究了外部环境的温度及CO浓度变化对空气幕阻隔效率的影响。本文的主要结论如下:(1)介绍热压驱动下的空气渗透理论及空气幕系统阻隔理论,提出了评价空气幕阻隔性能的指标;建立包括外部环境、过渡室以及空气幕的物理模型和数值模型,将数值模拟结果与前人实验研究空气幕系统阻隔性能的结果进行对比,验证模拟结果的准确性;(2)增大空气幕的射流速度不会使空气幕的阻隔效率一直增大;增大空气幕的射流角度会使空气幕的阻隔效率先增大后降低。外部环境的高浓度CO气体在热压作用下从避难硐室门框上侧进入到过渡室内部,将空气幕安装在上侧,射流速度为22m/s,射流角度为10°时具有69.9%的最佳的阻隔效率;(3)增大空气幕的孔径会增大空气幕的阻隔效率;增大空气幕的孔间距会降低空气幕的阻隔效率。拟合了关于空气幕的孔径、孔间距与阻隔效率的数学关系式,为后续空气幕的结构设计提供了参考建议;(4)保持过渡室与外部环境浓度不变,空气幕的阻隔效率随着外部环境温度的升高而降低。根据外部环境温度及阻隔效率的数据,拟合了一个预测外部环境温度变化与阻隔效率关系的公式;保持过渡室和外部环境的温度不变,外部环境浓度变化对空气幕阻隔效率没有影响。

关键词： CO中毒矿井避难硐室计算动力学空气幕阻隔效率

低亚声速矩形射流对空气幕噪声控制技术的影响研究

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低亚声速矩形射流对空气幕噪声控制技术的影响研究

作者：王海涛湖南科技大学

学位级别：硕士

民用飞机给人们带来方便的同时也带来了巨大的噪声污染。起落架噪声是飞机起降阶段的主要噪声源。在起落架前方施加一层空气幕,利用高速气流的冲击使空气幕偏折,将起落架完全遮蔽,避免高速气流直接撞击起落架,可从根本上去除噪声源。这... 详细信息

民用飞机给人们带来方便的同时也带来了巨大的噪声污染。起落架噪声是飞机起降阶段的主要噪声源。在起落架前方施加一层空气幕,利用高速气流的冲击使空气幕偏折,将起落架完全遮蔽,避免高速气流直接撞击起落架,可从根本上去除噪声源。这种非接触式的新型主动噪声控制技术不需要在起落架自身安装任何部件,降噪效果明显,具有较强的工程实用价值,但是,空气幕自噪声问题严重限制了空气幕噪声控制技术的发展。空气幕自噪声问题可以简化为低亚声速矩形射流噪声问题。本文采用实验和数值模拟相结合的方法研究了低亚声速矩形射流噪声特性及其产生机理,揭示了低亚声速矩形射流对空气幕自噪声的影响机制,分析了采用矩形喷管情况下空气幕对起落架噪声的控制效果。论文主要研究工作和结论如下:(1)在中国空气动力研究与发展中心搭建了低亚声速矩形射流实验台,实验研究了六种不同宽高比矩形射流的噪声特性,获得了一种适用于低亚声速大宽高比矩形射流噪声声压级预测的归一化公式,为空气幕噪声控制技术的应用与发展提供了数据支持。(2)基于实验结果,采用大涡模拟结合FW-H声学方程,数值研究了宽高为10和30的矩形射流的流场特性,分析了不同速度下主射流区域的涡结构特征,揭示了低亚声速矩形射流噪声产生机理以及矩形喷管对空气幕自噪声的影响机制。(3)实验研究了矩形喷管对空气幕降噪效果的影响,研究发现:由于空气幕自噪声的影响,采用空气幕噪声控制技术时,高频噪声将增大,矩形喷管可以降低高频噪声;当高速来流的速度为40m/s,空气幕喷口距离起落架前缘为0.3m时,空气幕降噪效果最好,降噪量高达13.9d B。综上所述,本文以传声器弧阵列实验为主,结合高精度的数值仿真方法,对不同参数下的低亚声速矩形射流的流场特性进行深入的分析研究,阐释了低亚声速矩形射流的噪声产生的流动机理;并基于实验数据建立半经验公式,确定噪声最低的矩形喷管,从而指导工程实践中空气幕的尺度选取。本文研究可为空气幕噪声控制技术提供理论依据和数据支撑。

关键词：空气幕低亚声速矩形射流远场噪声特性归一化