环形旋转射流屏蔽抽吸流场的数值模拟

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1、∗环形旋转射流屏蔽抽吸流场的数值模拟闫小康张景松王凯杨春敏（中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221008）摘要：旋风屏蔽抽吸装置能有效地控制漂移有害物的扩散，尤其对近壁污染源有较好的控制抽吸效果。本文根据流体动力学理论建立了旋风屏蔽作用下的抽吸流场的数学模型，确立了针对这种复杂流场的Realizablek−ε紊流计算方法，分析了相应的边界条件，并成功地进行了网格划分，最后使用商业软件Fluent模拟计算了该旋转与回流并存的三维复杂流场。计算得到的流场形态和试验结果基本相似，各速度分量和对应的测量值具有一致的变化趋势。关键词：旋转

2、射流；数值模拟；Realizablek−ε模型；控制抽吸NumericalSimulationofSuctionFlowFieldcontrolledbyOrbicularRotaryJetYANXiao-kang,ZHANGJing-song,WANGKai,YANGChun-min(CollegeofMechanicalandEngineering,CUMT,Xuzhou,Jiangsu,221008,China)Abstract:Rotaryjetequipmenthasaneffectivecontrolonthespr

3、eadingoffloatingharmfulsubstance，especiallyontheclose-distancepollutionsources.BasedonthetheoryofCFDandaidedbybusinesssoftwareFluent,numericalsimulationforthissuctionflowfieldcontrolledbyrotaryjethasbeendone.Tothiscomplex3Dflowfieldwithrotationandbackflow,Realizablek

4、−εturbulentcomputationalmodelwasprovedtobeproper.Thespecialboundaryconditionwasanalyzed,andasuccessfulgriddivisionhasbeendone.Thecomputationalresultsagreewellwiththeexperiment.Bycomparison,itisdemonstratedthattheyhavesimilarflowfieldshape,andthevelocitycomponentshave

5、accordantchangingtrend.Keywords:rotaryjet;numericalsimulation;Realizablek−εModel；controlandsuck对粉尘和有害气体的防治是许多工业生产部门共同存在的问题。以煤矿为例，采煤工作面是煤尘含量最高、瓦斯涌出最多的地方，极易形成瓦斯积聚，危害煤矿安全。事实证明，采用传统的防尘方式不可能从根本上控制和防止瓦斯等有害漂移物扩散，而利用旋转射流屏蔽的抽吸气流控制捕吸，则是一种可以安全[1][2]有效地控制有害物扩散的方法。本文针对旋风屏蔽抽吸流场进行了

6、理论研∗收稿日期：2005-2-10基金项目：国家自然科学基金资助（59874027）作者简介：闫小康(1981-)，女，山西省晋城市人，中国矿业大学机电工程学院在读硕士研究生，从事流体机械数值模拟方面的研究。-1-究。射流作用下的抽吸流场是一个十分复杂的流动过程，影响因素众多，主要包括射流气动参数、抽吸气动参数以及流动空间的边界条件和装置的结构参数等等，如此众多参数间的定量关系几乎不可能通过模型实验获得，因此数值模拟对该流场的研究就显得十分重要。在本文中，作者针对环形大倾角旋转射流屏蔽抽吸流场，采用Realizablek−ε双

7、方程紊流模型，借助流体力学大型通用软件Fluent对其进行了数值模拟，最后与实验结果进行对比，以期为此控制抽吸流场提供更为有力的理论依据和计算方法。1计算模型1.1物理模型[3]本文研究的模型取实验中的实体模型，如图1所示，该模型模拟了实际的机械化掘进巷道，巷道末端在发烟口（模拟有害漂移物排放源）附近设有挡板，左端面为开放面。旋风捕吸装置如图2，在其喷口前加装有若干只角度可调的叶片（旋流发生器），使气流经过叶片时产生旋转后再经喷口射出，形成环形旋转射流，同时吸气口以图示速度方向抽吸。射流经过喷口的加旋装置后，在射出口不仅具有轴向

8、速度，还具有径向和切向（旋转）速度，同时射流碰到巷道壁面后还会形成大面积的回流。321θ1-喷射口2-吸气口3-旋流发生器图1巷道模型图2旋风捕吸装置Fig.1MinetunnelmodelFig.2Rotaryjetsuckingequipment1.2数学模