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矿用救生舱CO2分布规律及净化研究

作　者: 张小波
导　师: 赵建会
学　校: 西安科技大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 矿用救生舱 CO2 净化技术 模拟分析
分类号: TD774
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


长期以来，人们对二氧化碳的净化方法进行了大量研究，而对救生舱内CO2浓度分布研究较少。在此，本课题运用Airpak软件对矿用救生舱内CO2的浓度分布进行模拟，在考虑人体散热对流场影响的基础上，研究人体呼出的CO2作为污染源对救生舱内环境的影响，以期指导矿用救生舱气流组织优化设计和改善舱内空气质量，创造安全的生存环境、降低能耗和运行成本，从而维持舱内环境，保证人体生命安全，降低经济损失。本文以计算流体力学和传热学为基础，针对某型矿用救生舱，建立了物理模型，采用k湍流模型，结合壁面函数的方法，对矿用救生舱内流场和CO2质量分数进行数值计算。在保证舱内温度不超过35℃及CO2质量分数不超过0.5%的条件下，以人体呼出的CO2作为污染源，研究矿用救生舱内CO2质量分数分布，优化系统设计参数，使舱内设计更加经济、节能。研究结果表明：①在水平方向，CO2浓度随离送风口距离的增加而增加，即从人员舱到设备方向逐渐增大，且在人员舱两侧对称分布；在竖直方向，CO2浓度分布由上向下逐渐增加，在人员舱内浓度变化比较大，而在设备舱内浓度变化较小。②送风速度和送风温度大小对救生舱内CO2浓度影响较大，送风速度降低、送风温度升高都会使CO2质量分数增加，通过比较，送风速度对CO2浓度影响比送风温度较大。③考虑到送风速度对人体舒适性的影响，比较得出送风速度为2.5m/s时最佳。④在不影响人体舒适性的情况下，送风速度越高、送风温度越低救生舱内CO2浓度越低，这更有利于被困人员的生命健康。本项研究所得CO2浓度分布规律能够为矿井应急救生舱内环境设计提供参数，有利于我国煤矿事故应急救援的科学化，提高对遇险人员的救援效率，从而降低事故死亡人数，带来巨大的经济效益和良好的社会效益。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-5
目录  5-7
1 绪论  7-14
  1.1 课题研究背景  7-8
  1.2 课题研究的实际意义  8-9
  1.3 国内外研究现状  9-12
    1.3.1 国外基本情况  9
    1.3.2 国内基本情况  9-12
  1.4 课题的研究方法和内容  12-14
    1.4.1 课题的研究方法  12-13
    1.4.2 课题的研究内容  13-14
2 矿用救生舱内 CO_2净化基本理论  14-24
  2.1 矿用移动式救生舱系统介绍  14-16
  2.2 矿用移动式救生舱原理  16-17
  2.3 救生舱内空气循环系统结构原理  17
  2.4 二氧化碳去除技术  17-23
    2.4.1 化学净化方法  17-20
    2.4.2 物理吸附法  20-21
    2.4.3 水洗吸收法  21-22
    2.4.4 膜吸收法  22
    2.4.5 矿用救生舱 CO_2净化技术总结  22-23
  2.5 本章小结  23-24
3 CFD 简介及基本理论  24-35
  3.1 CFD 简介  24-26
    3.1.1 CFD 技术的发展  24-25
    3.1.2 FLUENT 概述  25-26
  3.2 基本控制方程  26-28
  3.3 控制方程的离散化  28-30
    3.3.1 控制方程离散化方法  28-29
    3.3.2 空间离散格式  29-30
  3.4 常用离散控制方程组的求解方法  30
  3.5 SIMPLE 算法  30-31
  3.6 代数方程组的求解  31-32
  3.7 AIRPAK 简介和应用  32-34
    3.7.1 Airpak 简介  32-33
    3.7.2 Airpak 软件的主要特点  33
    3.7.3 Airpak 的其他特点  33-34
  3.8 本章小结  34-35
4 数值计算模型的建立  35-42
  4.1 模型的建立  35-37
    4.1.1 矿用救生舱内生存舱的几何模型  35
    4.1.2 生存舱物理模型的简化  35-36
    4.1.3 数学物理模型  36
    4.1.4 边界条件  36-37
  4.2 算法  37-40
  4.3 网格划分  40-41
  4.4 本章小结  41-42
5 模拟结果分析  42-60
  5.1 送风速度对 CO_2浓度的影响  42-52
    5.1.1 第一种送风速度下 CO_2浓度分布规律  42-45
    5.1.2 第二种送风速度下 CO_2浓度分布规律  45-47
    5.1.3 第三种送风速度下 CO_2浓度分布规律  47-50
    5.1.4 三种送风速度下的 CO_2浓度比较  50-52
  5.2 送风温度对 CO_2浓度的影响  52-59
    5.2.1 送风温度为 27.5℃下的 CO_2浓度分布规律  52-55
    5.2.2 送风温度为 30.0℃下的 CO_2浓度分布规律  55-58
    5.2.3 三种送风温度下的 CO_2浓度比较  58-59
  5.3 本章小结  59-60
6 结论  60-61
  6.1 结论  60
  6.2 展望  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
附录  65

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中图分类: > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山安全与劳动保护 > 矿山事故及救护 > 矿山救护装备
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