矿井掘进工作面风流环境模拟实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种实验装置，具体涉及一种矿井掘进工作面相似实验装置。
【背景技术】
[0002]随着浅部煤炭资源的逐渐减少甚至枯竭，地下开采的深度越来越大，矿井进入深部开采后，普遍面临着高温热害的问题。热害矿井中热害较为严重的作业点是采煤工作面和掘进工作面，掘进工作面通风特点是独头式通风，有关矿井掘进面的降温研究主要集中在特定条件下掘进工作面传热进行定性研究、流场和温度场的预测和模拟研究，目前很少对掘进面传热特性进行量化的实验研究，因此，开展对矿井掘进工作面风流环境模拟实验装置的研究很有必要。
【实用新型内容】
[0003]针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型的目的是提供了一种矿井掘进工作面风流环境模拟实验装置，能够模拟完成在不同通风及降温方式下，掘进工作面内风流速度、温度及压力的分布规律以及获取风流对流传热的准则关联式，为科学合理地布置通风及降温系统提供可靠的技术支持。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:一种矿井掘进工作面风流模拟实验装置，其特征在于:该实验装置包括模型主体、模拟热源装置、进风流参数控制系统及数据采集系统;所述的模型主体由相似材料组成的模拟围岩、贯通模拟围岩中部的模拟掘进工作面及模拟掘进工作面外的外保温材料组成;所述的数据采集系统由风速传感器、温度传感器、数据线和数据采集器组成;所述的模拟热源装置设置在模型主体内部;模拟主体入口设有风筒，风筒的入口采用软接头连接进风流参数控制系统，风筒上设置风阀，并通过风阀调节进入风筒的风量;进风流参数控制系统由组合式空调机组提供，能制备各种不同的温湿度空气；模型主体的进出口以及模型主体内等间隔的设有环境采样点，由数据采集器通过风速传感器和温度传感器采集各环境采样点的风速和温度。
[0005]所述的组合式空调机组是恒温恒湿空调机组，且恒温恒湿空调机组上装有变频风机。
[0006]其中风筒出口以及模拟掘进工作面的内部均布有采集数据的风速传感器和温度传感器。
[0007]其中环境采样点沿模拟掘进工作面上下及水平方向均匀布置。
[0008]本实用新型是按照相似理论构建的，可根据相似理论推测出现场的实际参数，指导掘进工作面矿井通风及降温系统，在本技术领域内具有广泛的实用性。
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型的结构示意图。
[0010]附图标记说明:I一模拟围岩;2—外保温材料;3—模拟掘进工作面;4一风筒;5—模拟热源装置;6一进风流参数控制系统;7一软接头;8一风阀;9一风速传感器;10一温度传感器;11 -数据线；12—数据采集器。
【具体实施方式】
[0011]如图1所示，一种矿井掘进工作面风流模拟实验装置，包括由相似材料构成的模拟围岩I，模拟围岩中部设有贯通的模拟掘进工作面3，模拟围岩的外部设有外保温材料2，由模拟围岩1、模拟掘进工作面3和外保温材料2构成了模型主体。外保温用于模拟围岩无限大的边界条件。模拟主体入口设有风筒4，风筒4的入口采用软接头7连接进风流参数控制系统6，风筒4上设置风阀8，用于调节进入模拟掘进工作面3的风量。
[0012]用恒温恒湿空调机组做为进风流参数控制系统6，产生实验所需要进风风流，且恒温恒湿空调机组上装有变频风机，可实现多种风流参数模拟，恒温恒湿空调机组通过连接风筒4将处理后的进风风流送入模拟掘进工作面3。
[0013]模型主体的进出口以及模型主体内等间隔的设有环境采样点，风筒4出口以及模拟掘进工作面3的内部均布有采集数据的风速传感器9和温度传感器10，通过风速传感器9和温度传感器10采集进风及内部各环境采样点的风速和温度参数数据，通过数据线11将采集到的信号传输到数据采集器12处理。环境采样点沿模拟掘进工作面上下及水平方向均匀布置。
[0014]模拟热源装置5设置在模型主体内部，用电加热器模拟掘进工作面的各种热源，且热源位置可移动，以便模拟不同位置的机械设备热源。
[0015]该实验装置模型与原型几何相似、运动相似、动力相似、传热相似，保证了原型与模型对流换热过程近似相似，模拟实验装置还保证了边界条件和初始条件与原型相同。
[0016]该实验装置模型的几何缩比比例由实际模型确定，模型中定性尺度取掘进工作面断面积的当量直径;进风流风速由雷诺数确定;进风流温度按照阿基米德数进行选取;流体采用空气;热源散热量根据相似条件进行换算。
[0017]本实用新型中矿井掘进工作面热湿环境模拟实验装置，具体实施过程如下:
[0018]1.根据实际要模拟矿井，计算相似模拟掘进工作面和实际掘进工作面的几何比例、速度比例、风流比例、温度比例和热量比例，确定模拟实验所需的送风参数及模拟热源散热量。
[0019]2.调节模拟掘进工作面内的模拟热源的加热量。
[0020]3.开启恒温恒湿空调机组，测定并调节恒温恒湿空调机组的出口风流参数达到所需通风或降温的掘进工作面风流入口温度及湿度。
[0021]4.将模拟主体连接到恒温恒湿空调机组，调节风阀，达到要求风量。
[0022]5.使用安装在模拟掘进工作面不同位置的传感器采集风流信息，确定不同通风及降温条件下掘进工作面的速度、压力及温度，确定不同通风及降温条件下掘进工作面的风流参数分布规律。
[0023]6.通过统计方法将实验得到的不同通风及降温条件下掘进工作面的速度、温度及湿度进行回归计算，获取风流对流传热的准则关联式。
[0024]整个实验过程为不同通风及降温方式下，掘进工作面科学合理地选择通风和降温系统提供可靠的技术支持。
[0025]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种矿井掘进工作面风流环境模拟实验装置，其特征在于:该实验装置包括模型主体、模拟热源装置(5)、进风流参数控制系统(6)及数据采集系统;所述的模型主体由模拟围岩(I)、贯通模拟围岩中部的模拟掘进工作面(3)及模拟掘进工作面外的外保温材料(2)组成；所述的数据采集系统由风速传感器(9)、温度传感器(10)、数据线(11)和数据采集器(12)组成;所述的模拟热源装置(5)设置在模型主体内部;模拟主体入口设有风筒(4)，风筒(4)的入口采用软接头(7)连接进风流参数控制系统(6)，风筒(4)上设置风阀(8)，并通过风阀(8)调节进入风筒的风量;进风流参数控制系统(6)由组合式空调机组提供，能制备各种不同的温湿度空气；模型主体的进出口以及模型主体内等间隔的设有环境采样点，由数据采集器(12)通过风速传感器(9)和温度传感器(10)采集各环境采样点的风速和温度。2.按照权利要求1所述的矿井掘进工作面风流环境模拟实验装置，其特征在于:所述的组合式空调机组是恒温恒湿空调机组，且恒温恒湿空调机组上装有变频风机。3.按照权利要求1所述的矿井掘进工作面风流环境模拟实验装置，其特征在于:风筒(4)出口以及模拟掘进工作面(3)的内部均布有采集数据的风速传感器(9)和温度传感器(1)04.按照权利要求1所述的矿井掘进工作面风流环境模拟实验装置，其特征在于:环境采样点沿模拟掘进工作面(3)上下及水平方向均匀布置。
【专利摘要】本实用新型公开了一种矿井掘进工作面风流环境模拟实验装置，以相似理论为指导，按照相似准则和几何缩比要求，设计制作了矿井掘进工作面的风流环境模拟实验装置，该实验装置包括模型主体、模拟热源装置、进风流参数控制系统及数据采集系统。模拟热源装置设置在模型主体内部，模拟主体入口设有风筒，风筒的入口连接进风流参数控制系统，模型主体的进出口以及模型主体内等间隔的设有环境采样点，由数据采集系统采集各环境采样点的风速、温度、湿度及压力。矿井掘进工作面风流环境模拟实验装置可完成在不同通风及降温条件下，掘进工作面内风流环境参数的模拟实验研究，此外，该实验装置还可获取风流对流传热的准则关联式。
【IPC分类】E21F1/02
【公开号】CN205330708
【申请号】CN201521104609
【发明人】陈柳, 薛韩玲, 纪海维, 杨岚
【申请人】西安科技大学
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2015年12月28日