开题报告

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（4）动态阻力模型

因为引射模型中需要考虑液滴的破裂过程，而液滴的破裂则直接源于气体施加在液滴上的阻力，所以精确的阻力计算对于液滴运动的计算是非常关键的。FLUENT 中用动态阻力模型计算液滴阻力，在这个模型中可以考虑因为液滴形变而导致的阻力变化，因此可以满足工程应用的需要。

动态阻力模型适用于大多数情况，并与喷雾破裂模型中的 TAB 模型和波动模型兼容。液滴在运动中的变化过程可以简化为从球形向碟形的演变，动态阻力模型则根据液滴变形的大小，假定液滴阻力为球形液滴阻力与碟形液滴阻力之间的线性插值。

魏锦洲,王占学[65]用数值模拟研究了两股互击式喷嘴的雾化性能，模拟中以水为介质，气相使用湍流模型，采用粒子轨道法计算颗粒的软迹，时间上采用时间推进法求解。引入粒子碰撞和破碎模型，分析了撞击后沿轴向；流场下游的液雾粒径分布情况，结果表明，喷射撞击压力越大，雾化效果越好，在一定的喷射压力下，雾化撞击角度存在最佳值，同时一定范围内喷射喷嘴的长径比对雾化性能的影响很小。气相流场和液相颗粒产生相互作用，故应采用耦合的计算方法进行求解，离散相的存在影响了连续相的流场，而连续相的流场反过来又影响了离散相的分布，可以交替计算连续相和离散相直到两相的计算结果都达到收敛标准为止。

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3研究内容与研究方法

3.1研究内容

本课题针对目前我国综采工作面降尘技术存在的问题，提出了在采煤工作面附加一套自动喷雾装置来改善工作面目前的状况，通过对现场粉尘实测数据的研究及应用计算流体力学软件进行数值模拟，得出粉尘的最优控制措施和喷雾的最佳效果。本课题主要从以下几个方面进行了研究：

（1）现场数据测定及分析

现场实测综采工作面的风流状况和粉尘浓度，分析粉尘的产生特点以及运动迁移规律，从而提出切实可行的自动喷雾降尘措施。

（2）综采工作面粉尘运动规律的数值模拟研究

依据综采工作面的实际情况，采用GAMBIT 2.0建立井下综采工作面的几何模型并划分网格，通过在FLUENT 6.3中设定数值模拟的边界条件进行解算，研究综采工作面粉尘浓度的分布规律。运用现场测定数据对建立的巷道粉尘运动的数学模型进行验证。通过综采面气—固两相流模型模拟及现场实测相结合，对综采面粉尘分布状况进行研究，为自动喷雾降尘提供依据。

（3）自动喷雾降尘技术的研究

以理论研究为基础，通过实验室实验和数值模拟，研究适合综采工作面粉尘控制的自动喷雾具体方案，设计粉尘控制系统。

(4) 喷雾效果的模拟研究

通过喷雾降尘的理论及Fluent模拟研究，找出压力、喷嘴直径、雾粒直径、雾粒荷电之间的关系；选择一定结构的雾化喷嘴，并对喷雾参数进行 MATLAB 函数拟合，确定压力—雾化体积之间的最佳函数关系，为系统参数调节提供依据；

（5）现场应用

将设计的除尘系统进行现场应用，测定除尘效率，验证理论计算模型的正确性，最终完善除尘系统以达到高效降尘的目的。

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3.2研究方法

本课题采用理论和实验相结合的研究方法，经现场调查实测、理论分析、数值模拟、实验室试验、现场试验研究等方法。通过综采工作面粉尘浓度的现场测定，运用气固两相流理论和计算流体力学方法建立综采工作面粉尘运动规律的三维数学模型，并采用FLUENT软件进行数值模拟，得出粉尘在综采工作面的运动规律和浓度分布情况。根据相应的粉尘控制理论，设计合适的自动喷雾降尘系统。

3.3技术路线

综采工作面现场粉尘浓度的测定及收集相关资料集 结合现有的相关自动化技术，设计开发自动喷雾模块 利用fluent软件模拟综采工作面的粉尘运动规律 对自动喷雾装置进行实验室测试 确定喷雾及相关降尘装置的安装 利用fluent软件对喷雾的雾化效果进行数值分析 结合相关实验和模拟数据确定一套综采工作面的自动喷雾降尘系统 26

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4时间安排

2012.09~2012.10：收集课题相关资料，了解相关理论、技术的研究现状，对综采工作面粉尘控制技术初步的了解；

2012.10~2012.11：整理资料，对相关理论知识进行学习，完成开题报告； 2012.11~2012.03：现场考察并测量综采工作面的粉尘浓度；记录测量数据并对所测数据进行初步整理及分析；并根据测得的数据进行数值模拟，得出破碎硐室粉尘运移规律；

2013.03~2013.05：确定综采工作面自动喷雾除尘系统，完成除尘系统图纸的绘制，选材进行加工，并进行实验室试验；进一步进行理论学习，完善相关理论知识；

2013.05~2013.09：进行现场应用，结合现场实际情况和所测数据对除尘系统进行优化；对试验数据进行处理分析；

2013.09~2013.10：确认课题研究的结果，准备结题； 2013.10~2014.01：编写硕士论文，毕业答辩。

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