掘进巷道不同高宽比对风流传热影响的研究

《掘进巷道不同高宽比对风流传热影响的研究》是一篇关于矿井通风与热环境调控的重要论文。该研究聚焦于掘进巷道中风流传热特性，特别是高宽比这一关键几何参数对风流温度分布和热量传递过程的影响。在煤矿生产过程中，巷道的通风条件直接关系到作业人员的安全与健康，同时也影响着矿井的热环境质量。因此，深入研究巷道结构对风流传热的影响具有重要的理论意义和实际应用价值。

论文首先介绍了当前矿井通风研究的现状，指出传统研究多集中于风速、风量等参数，而对巷道几何形状的影响关注较少。随着煤矿开采深度的增加，巷道长度和断面尺寸的变化日益显著，高宽比作为影响风流流动特性的关键因素之一，亟需系统研究。作者通过理论分析、数值模拟和实验验证相结合的方法，探讨了不同高宽比条件下风流的温度分布规律以及热量传递机制。

在理论分析部分，论文基于流体力学和传热学的基本原理，建立了掘进巷道内风流的数学模型。模型考虑了风流的速度场、温度场以及热量交换过程，特别关注了巷道壁面对风流的热传导作用。同时，论文引入了高宽比的概念，将其定义为巷道高度与宽度的比值，并分析了其对风流边界层厚度、速度分布和温度梯度的影响。

在数值模拟方面，研究采用计算流体动力学（CFD）方法，构建了多种高宽比的巷道模型，并进行了仿真计算。通过对比不同高宽比下的风流温度分布和热交换效率，发现高宽比的变化显著影响风流的流动状态和热量传递效果。例如，在高宽比较大的情况下，巷道顶部区域的温度较高，而底部区域则相对较低，形成明显的温度分层现象；而在高宽比较小的情况下，温度分布更加均匀，有利于改善工作环境。

此外，论文还通过实验测试进一步验证了数值模拟的结果。实验选用不同比例的巷道模型，在模拟风速和温度条件下测量了风流的温度变化情况。实验结果表明，高宽比的变化确实对风流的温度分布和热交换效率产生明显影响，尤其是在高温环境下，合理设计巷道的高宽比可以有效降低工作面的温度，提高通风效率。

研究还指出，巷道高宽比不仅影响风流的温度分布，还可能对矿井的热负荷和能耗产生重要影响。在高宽比较大的情况下，由于风流在巷道顶部形成的热积聚效应，可能导致局部温度升高，增加制冷设备的运行负担；而在高宽比较小的情况下，虽然温度分布较为均匀，但可能需要更大的风量来维持相同的通风效果，从而增加能耗。

基于以上研究结果，论文提出了优化巷道高宽比的设计建议。建议在满足工程要求的前提下，尽量采用适中的高宽比，以平衡通风效率和热环境质量。同时，论文还强调了在矿井设计阶段应充分考虑巷道几何形状对通风和热环境的影响，避免因结构不合理导致的能源浪费和安全隐患。

综上所述，《掘进巷道不同高宽比对风流传热影响的研究》是一篇具有重要学术价值和实用意义的论文。通过对巷道高宽比与风流传热关系的深入分析，为矿井通风系统的优化设计提供了理论依据和技术支持。未来的研究可进一步结合实际矿井数据，探索高宽比与其他因素（如风速、湿度、围岩温度等）的综合影响，以实现更高效的矿井通风与热环境调控。