多因素作用下掘进巷道热环境变化规律及最小降温能耗控制模型研究

基本信息
批准号:51804183
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:杨文宇
学科分类:
依托单位:山东科技大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:辛嵩,苗德俊,亓玉栋,陈静,马云龙,张琪,蔡海伦,张龙,丁建飞
关键词:
热湿源能耗掘进工作面热环境控制模型
结项摘要

With the development of deep underground engineering, heading faces have become the most severe area of thermal environment. To achieve the goals of safety and efficient underground construction, the project proposes the optimization of ventilation and cooling system with the assistance of real-time numerical simulation. Firstly, the project establishes a similar experimental platform for thermal environment of heading faces based on 2D-PIV technology combined with thermal resistance. The distribution characteristics of airflow velocity and temperature fields under multiple factors can be analyzed. The experiment also provides experimental basis for improving the accuracy and reliability of numerical simulation. Secondly, the project considers the disturbance actions on airflow velocity field and temperature field caused by mechanical equipment and human bodies. It is very important to analyze precisely the interaction between the human body and its surrounding microclimate. Given this, interest in using a computer simulated person (CSP) integrated with computational fluid dynamics (CFD) simulation for this purpose has been growing steadily in research and design fields. Finally the Proper Orthogonal Decomposition (POD) technique is applied to reduce the order of the numerical model. Genetic algorithm is applied to solve the nonlinear and multivariable objective function consisting of UMPMV and ventilation cooling energy consumption. The optimal supply air condition can be determined. The development of this project is of great significance to the safety and energy conservation of underground engineering in China.

随着矿业工程向深部发展,掘进工作面的高温高湿环境对作业人员构成职业病危害因素,国家安全监督管理总局发布的《职业病危害治理“十三五”规划》已明确提出加强职业病危害治理工作是全面建成小康社会的重要任务和必然要求。因此,本项目提出多因素对掘进巷道热环境影响规律的课题,以此为基础实现既保证作业人员热舒适状态,又实现建立最小降温能耗控制模型的目标。首先,进行2D-PIV技术配合热电阻的掘进巷道热环境相似实验,分析多因素影响下风流速度场与温度场的变化规律。其次,考虑人体热调节系统与机械设备散热,构建人体-环境(CSP-CFD)耦合数值模型,研究不同送风条件下对热舒适指标的影响规律。最后,应用降阶技术重构最小降温能耗控制数学模型,探索合适的目标函数求解方案。本项目的开展将更加明确掘进工作面动态、复杂的热环境中人-机-环之间的相互作用,可完善掘进巷道围岩风流传热理论体系,其研究成果具有较高理论价值。

项目摘要

随着矿业工程向深部发展,掘进工作面的高温高湿环境对作业人员构成职业病危害因素, 国家安全监督管理总局发布的《职业病危害治理“十三五”规划》已明确提出加强职业病危害 治理工作是全面建成小康社会的重要任务和必然要求。因此,本项目研究了多因素对掘进巷道热 环境影响规的课题,以此为基础实现既保证作业人员热舒适状态,又可实现建立最小降温能耗 控制模型的目标。首先,进行了2D-PIV技术配合热电阻的掘进巷道热环境相似实验与数值模拟,分析多因素 影响下风流速度场与温度场的变化规律。其次,考虑人体热调节系统与机械设备散热,构建数值人体模型与高温多湿环境耦合数值模型(简称为CSP-CFD模型),研究了不同送风条件下对人体体表温度的影响规律。最后,借助运筹学中的数据包络分析(DEA)模型构建了最优降温能耗控制数学模型,探索合适的目标函数求解方案。本项目的明确了掘进工作面动态、复杂的热环境中人-机-环之间的相互作用,完善了掘进巷道围岩风流传热理论体系,其研究成果具有较高理论价值。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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