本发明属于通风技术领域，具体涉及一种掘进工程通风用的导风筒，特别适合各类工程中掘进工作面的压入式通风，可在矿山以及隧道施工中灵活应用。
背景技术：
表面摩擦在运输工具的总阻力中占有很大比例，常规运输机和水上船只，表面摩擦阻力约占总阻力的50％；水下运动的物体，这个比例可达70％；长距离管道输送中，泵站的动力几乎全部用于克服表面摩擦阻力。研究发现，生物体体表均呈现非光滑形态，但是却具有很好的减粘、防粘和自清洁功能。这为从仿生形态研究导风筒减阻问题提供了全新的思路和依据。
无论新建、扩建或生产矿井中，都需要开掘大量井巷工程，以便准备新的采区和采矿工作面。开掘井巷时，为稀释和排除有毒有害气体，爆破产生的炮烟和粉尘以及保持良好的气候条件，必须进行不间断通风。此类井巷只有一个出口，称为独头巷道，因其不能形成贯穿风流，必须采用导风设施，使新鲜风流与污浊风流隔开。这种利用局部通风机或主要通风机产生风压，并通过导风设施对独头巷道进行通风的方法称为局部通风。目前，常用的局部通风方式有压入式、抽出式和混合式。压入式通风具有安全性好、风筒出口风速和射程均较大、柔性风筒成本低、重量轻、便于运输等优点，最为常用。但是，压入式局部通风机需克服掘进巷道内较大的空气压力，因此局部通风机工作压力较大，电耗很高。另一方面，压入式风筒直径小、可选尺寸少，且随巷道方向的变化而产生转弯，风筒内风流难免会形成湍流，进一步加大局部通风机工作阻力，降低风筒出口风速和射程。
针对以上问题，本发明特别提出一种适于地下矿山独头巷道通风用的仿生非光滑内表面导风筒，该导风筒具有摩擦阻力系数小、易于生产加工、风机运营成本低等优点，适应各类地下矿山以及隧道施工中。
技术实现要素：
本发明的目的就是针对现有掘进巷道局部通风机通风阻力大、电耗高以及风筒出口风速低和射程小的缺陷，而提供一种适于地下矿山独头巷道通风用的仿生非光滑表面导风筒，设计的导风筒能够显著改善掘进工作面通风现状，而且具有加工方便、成本低廉等特点。
为实现本发明的上述目的，本发明适于地下矿山独头巷道通风用的仿生非光滑表面导风筒采用以下技术方案：
本发明适于地下矿山独头巷道通风用的仿生非光滑表面导风筒，包括导风筒，在导风筒一段或通体的的内壁上分布着多个凹坑，在导风筒的外表面上分布着多个凸包，所述的凹坑与凸包相互对应，所述的凹坑在导风筒的内表面周向、轴向上分别为等弧长、等距离分布，且以相同的尺寸、形状。凹坑、凸包构成的凸包型结构与导风筒为一体，不可分割。
从导风筒外表面观察为圆形凸包，从导风筒内表面观察为圆形凹坑，所述的凹坑的截面为圆形，截面圆的最大直径一般为4－8cm范围，在4－6cm范围为佳；所述的凹坑的深度一般在0.3－0.7cm范围，在0.4－0.6cm为佳。
在凹坑分布区域的导风筒的内壁上，凹坑占据导风筒内壁面积为凹坑所分布区域的导风筒内壁总面积的20—70％，且以40—60％为佳。
通常情况下，当局部通风机将新鲜风流以一定速度压入导风筒内，风流速度在导风筒内的边界层处因受粘性剪应力而迅速减小，导风筒内表面壁上的风流速度为零。
本发明适于地下矿山独头巷道通风用的仿生非光滑表面导风筒采用以上技术方案后，具有以下优点：
(1)在导风筒的内壁上均匀分布着密密麻麻的圆形凹坑，使得导风筒内表面边界层每隔一定周向弧长、轴向距离上产生一个流动速度很小的空气垫层(也是体积很小的湍流)，空气垫层充分发挥其减阻整流的作用，有效地阻止了风流速度的持续降低，同时也避免大体积湍流的形成，既降低了导风筒内表面摩擦阻力系数，又改善了导风筒内风流的状态。因此，可较为明显地提高导风筒内的风流速度、改善了风流状态。
(2)本发明设计采用的凸包型结构，具有加工简单、成本低廉、灵活可靠等特点，可布置与导风筒不同部位，主要包括出口处、转弯处，也可以通体布置。
(3)实验室试验研究表明，本发明能有效降低导风筒内表面摩擦阻力系数，导风筒内最大风流速度提高10％以上，减阻增速效果明显。
附图说明
图1为本发明适于地下矿山独头巷道通风用的仿生非光滑表面导风筒的表面结构示意图；
图2为图1中a-a向剖面图；
图3为常规导风筒内边界层风流速度分布图；
图4为导风筒不同内表面结构风流状态示意图。
附图标记为：1－导风筒；2－凸包，3－凹坑。
具体实施方式
为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明适于地下矿山独头巷道通风用的仿生非光滑表面导风筒做进一步说明。
由图1所示的本发明适于地下矿山独头巷道通风用的仿生非光滑表面导风筒的表面结构示意图并结合图2看出，本发明适于地下矿山独头巷道通风用的仿生非光滑表面导风筒，包括导风筒1，在导风筒1一段或通体的内壁上沿周向、轴向均匀分布着多个形状和尺寸相同的圆形凹坑3，在导风筒1的外表面上对应分布着多个凸包2，凹坑3和凸包2构成圆形凸包结构，圆形凸包在导风筒周向、轴向上等弧长、等距离分布。圆形凸包结构与导风筒一体、不可分割，从导风筒1外表面观察为圆形的凸包2，从导风筒1的内表面观察为圆形的凹坑3。
对于一个内径为1m的导风筒1，所述的凹坑3的截面为圆形，截面圆的最大直径为5cm，凹坑3的深度为0.5cm。
所述的凹坑3布置在导风筒1内壁的出口处或转弯处，也可以通体布置在导风筒1的内壁上。试验研究表明，在凹坑3分布区域的导风筒1的内壁上，凹坑3占据导风筒1内壁面积为凹坑3所分布区域的导风筒1内壁总面积的40—60％范围为佳，在该范围内，可使导风筒1内的风流速度、风流状态以及本发明仿生非光滑表面导风筒的制造成本实现完美结合。
图3为常规导风筒内边界层风流速度分布图。从图3看出，当局部通风机将新鲜风流以一定速度压入常规导风筒，风流速度在导风筒内的边界层处因受粘性剪应力而迅速减小，导风筒内表面壁上的风流速度为零。
图4为导风筒不同内表面结构风流状态示意图。由图4看出，本发明适于地下矿山独头巷道通风用的仿生非光滑表面导风筒上面均匀布满了圆形“凸包”(内表面即圆形“凹坑”)，使得导风筒内表面边界层每隔一定周向弧长、轴向距离上产生一个流动速度很小的空气垫层(也是体积很小的湍流)，有效阻止了风流速度的持续降低，同时避免了大体积湍流的形成，这种仿生非光滑表面结构既降低了导风筒内表面摩擦阻力系数，又改善了导风筒内风流的紊流状态，较为明显的提高了导风筒内风流速度、风流状态以及压差阻力状态。