马玉华12

(1.山东科技大学， 山东青岛 266427； 2.青岛黄海学院， 山东青岛 266590)

引言

矿用通风机是煤矿生产中最重要的设备之一，是确保井下采煤工作面空气质量和温度的关键。一般地，每开采1 t煤炭至少需要通风机提供4～6 t的新鲜空气。通风机设备的持续运转将消耗大量的电能，约占总煤矿机电设备功耗的8%～15%。高效节能是煤矿生产的基本要求[1]，也是国家可持续发展的重要战略手段。根据矿井通风机的工作原理可知，叶片结构是决定风动效率的关键[2]，也是影响风机设备能耗的最重要因素之一。因此，通过对通风机风动特性和叶片结构优化的研究实现工作能力的提升具有显著的经济效益和社会效益。目前，基于静强度特性的通风机结构优化(降低叶片质量或增加特殊结构) 仍是主要的研究手段比如，张明辉[3]采用遗传算法建立MATLAB与ANSYS的交互机制，将叶片重量显著降低；冀春俊[4]提出在通风机叶轮轮盘侧添加凸台结构，采用ANSYS分析整体的受力情况，减小了叶轮的变形量；丁铁华[5]对某风机叶轮进行应力强度和变形分析，并根据计算结果找出强度和刚度较薄弱部位分别进行结构改进。在先进的生产工艺条件下，仅进行强度分析明显无法满足风机的高效节能要求。为此，采用CFD方法，对通风机的风动特性进行研究和分析，通过叶片结构的优化设计，提升风动效率。

1 CFD模型的构建与分析

1.1 风动特性参数

轴流式矿井风机实现的空气流入和流出方向均近似平行于轴向，空气的流场特性由叶片决定，基于CFD的流体数值模拟可计算出整个流体模型的风动特性参数。……