竖井掘进机空气洗井流场与携渣效率的数值模拟 论文

针对现有竖井掘进机排渣方式的不足，借鉴大直径竖井钻机的流体洗井排渣方式，提出了一种适用于井筒全断面掘进的流体洗井系统。基于部分假定并结合实际工况，分析确定了流体洗井系统的基本参数和典型参数取值。主要采用FLUENT流体仿真软件，开展了空气洗井流场与排渣效率的数值模拟。这种仿真技术的详细过程和方法，可以在“流体力学数值模拟”中找到进一步的讨论。

对空气洗井系统的基本参数进行了优化：通过单因素数值分析，以排渣管内径向、切向和竖直方向速度分量以及井底流场涡流情况等为评价指标，得到了1组在一定程度上最优的洗井系统参数；通过正交试验分析得到了排渣管内径、射流口角度等参数对井底流场的影响规律：对井底流场影响最大的为排渣管内径，影响最小的为射流口角度和刀盘与井底夹角。相关的竖井掘进机控制系统设计也涉及到这一过程的多项技术细节，更多内容可以参考“竖井掘进机控制系统设计”。

其次，进行了气固两相流的洗井排渣数值模拟：把岩屑假定为均匀的球体颗粒，并将其设置为离散相，以累计排出岩屑质量、排出岩屑的质量速率、清渣率和携渣率为评价指标，得到了岩屑粒径、排渣高度和入口空气流量对洗井排渣效果的影响规律：洗井排渣效果与岩屑颗粒粒径呈负相关、与入射口空气流量大致呈正相关，而排渣高度对洗井排渣效果基本没有较大的影响。类似的气固两相流的模拟方法也应用于“风力排渣过程中的数值模拟研究”，其中对于不同流量条件下的排渣效率有详细的讨论。

简要介绍了相似模型试验的验证情况。这些试验数据为进一步优化掘进过程中的流体洗井排渣系统提供了重要的理论支持。

Q1: 如何优化不同工况下的流体洗井系统参数以提高排渣效率？

Q2: 在流体洗井系统中，射流口角度对排渣效果的微小影响背后有哪些理论依据？

Q3: 是否可以通过其他手段来增强流体洗井系统对不同岩屑粒径的处理能力？

Q4: 在未来的掘进设备设计中，如何结合数值模拟与实际工况来验证设计的有效性？

Q5: 是否有可能将空气洗井系统的优化方案应用到其他类似的工程项目中？