矿井降温系统压力交换装置热混合过程研究

矿井地面集中降温系统中使用压力交换装置对高压冷水进行降压,可以达到节能减耗的目的.该装置采用冷热水直接接触的方式进行压力能交换,冷热水的混合会导致冷水出口温度增加,进而增大末端空冷器的热负荷,影响其降温效率.针对这一问题,建立了适用于矿井降温系统的三缸阀控式压力交换装置(TC-ERD)水压缸内冷热水混合的三维计算流体力学(CFD)模型,研究了二次低压回路中温度混合段的形成和演变规律,分析了热水进流流量、冷热水温差操作参数以及水压缸的长度、直径结构参数对冷水出口温升的影响.结果表明:结合径向速度分布规律,水压缸内速度场和热混合场表现出随时间同步发展的特性,入口效应会造成热混合段初始阶段快速发展.出口温升一定时,热水流量的增加和冷热水温差的减小均会增加水压缸的容积利用率.装置处理量固定为30 m^(3)/h时,增大水压缸的长度可在提高其容积利用率的同时降低电磁阀的切换频率.当水压缸的长度为18 m、出口温升为1℃时,容积利用率能达到93.88%,电磁阀切换频率仅为1.5 min^(-1);内径在100~150 mm范围内,水压缸的容积利用率能达到90%以上.