专业学位研究生实战案例式教学探索与实践——以现代通风技术课程为例

实践能力的培养对专业学位研究生至关重要,在研究生课程教学中实施案例教学法,发挥团队丰富的教学科研和工程经验优势,建设“产学研赛”一体化案例库。案例紧密贴近社会需求,现实应用价值大;案例源于工程实践,理论与实际紧密结合;案例源于科研项目,达到“教”“研”合一,“多课共享”;CFD仿真等现代技术的应用,提高理论分析能力。探索非标准答案全过程考核方式,全面评价学生成绩。实践证明,教学效果良好,指导的研究生在全国科技创新获奖多次,授权发明专利,综合创新能力大大提升。

基于Ventsim的王家塔煤矿通风系统优化研究

针对王家塔煤矿存在的多煤层、多盘区、供风线路长和通风阻力分布不协调等特点,尤其是随着4^(#)煤开拓和3^(#)煤3盘区的准备,通风系统的不合理性更加凸显。在获取可靠通风基础参数的基础上,利用Ventsim建立王家塔煤矿全矿井三维可视化模型并完成仿真模拟,按照调风操作可行、简单、可靠的原则,提出优化调整方案并模拟分析了调风效果。调风实践表明,优化后的通风系统稳定性增强,通风总阻力降低,阻力分布趋于合理,既实现了企业通风的节能降耗和成本开支,又全面提升了矿井的通风管理水平及决策能力,对矿井通风管理有较好的指导作用。

严寒地区混合垂直通风猪舍环境质量评价

为探究垂直通风系统(屋顶与粪坑混合排风)在寒区猪舍中的适应性,该研究在秋冬季节对内蒙古某规模化猪舍的热湿与空气质量环境进行了实时连续监测,并根据测试结果对猪舍环境质量进行评价。结果表明:1)测试期间,舍内平均温度、相对湿度以及氨气(NH_(3))、二氧化碳(CO_(2))、总悬浮颗粒物(total suspended particulate, TSP)浓度分别为22.7℃、59.6%、6.5 mg/m^(3)、2 200 mg/m^(3)、2 915μg/m^(3),舍内通风量为0.34~0.39 m^(3)/(h·kg),各环境指标基本满足生产环境阈值要求;保育期间舍内有效环境温度范围为27.1~30.7℃,存在轻度热应激情况,占总监测时间的12.9%;2)舍内温度、相对湿度与NH_(3)、CO_(2)、TSP浓度空间分布不均匀系数分别为0.01、0.15、0.45、0.03、0.15,各环境参数空间分布均较为均匀;3)试验单元(U1、U3)猪的平均日增质量、料重比与死淘率分别842和818 g/d、2.68和2.79、1.68%和1.31%,生产性能良好。综上,不设吊顶的侧墙进风,屋顶与粪坑混合排风的垂直通风系统,总体上能够满足严寒地区猪舍秋冬季热湿环境与空气质量调节需求,保证良好的生产性能。

超高层办公建筑开窗通风对室内热舒适与能耗的影响研究

超高层建筑的供冷供热能耗居高不下,合理利用自然通风能够减小空调的运行时间与运行能耗。实测过程中发现,超高层办公建筑由于安全性与室外噪声的限制基本很少开窗。以西安地区为例,通过实测数据和热力学第一定律,使用MATLAB软件建模计算分析采用开窗通风方式或空调供冷供热方式对室内温度的影响,发现超高层建筑冬季过热问题非常明显,开窗或使用通风器时噪声过大,针对上述问题给出开窗建议。以西安市某超高层办公建筑的测试数据作为计算工况参考,并借助其验证本文结论,为设计提供实施性较强的指导。

基于风热环境评估的平顶山城市通风廊道构建

城市通风廊道以提升城市的空气流动性、缓解城市热岛效应和改善人体舒适度为目的,为城市引入新鲜冷湿空气而构建的通道,目前已在世界各国城市中得到广泛应用。本研究利用平顶山市及周边地区气象站观测资料、卫星遥感数据、基础地理信息资料,并结合城市规划,采用数理统计、地表温度反演、地理信息系统技术,综合分析平顶山城市风环境、城市热岛及绿源的分布并评估地表通风潜力,在此基础上初步构建平顶山市城市通风廊道。结果表明:(1)受地形与季风气候共同作用,平顶山市主导风向以西北风、东北风和南风为主,且存在季节差异;(2)平顶山市的城市热岛空间上呈多中心分布,热岛强度由中心城区向周围递减;城市绿源主要分布在城市周边,可为主城区引入新鲜空气;(3)基于城市地表粗糙度、天空开阔度等因子综合评估城市通风潜力,初步构建平顶山市“六主十次”的城市通风廊道系统格局。

新工科背景下矿井通风与安全课程教学体系建设与实践

为实现矿山安全生产领域新工科人才培养目标,分析传统课程教学体系存在的问题,分别从课程知识架构、课程内容、课程教学模式、教学团队建设4个方面进行全面改革,构建以“一核三维”递进式课程教学知识架构、教学内容“三同步”建设路径、“信息化—实景化”两融教学模式、“教研共融”教学团队为一体的新工科背景下矿井通风与安全课程教学体系。结果表明:该体系建设可增强学生实践创新能力,提升教师科研水平,有助于提高矿山安全生产复合型人才的培养质量。

铀矿井降氡优势通风方式研究

本文以矿井通风网络入风段和用风段氡析出规律为出发点,由铀矿通风降氡基本方程导出不同通风方式下铀矿降氡需风量的计算公式,并由入风段有效供风能力导出优势通风方式评价指标,给出铀矿通风降氡方式的判别方法。

倾斜隧道双火源双竖井对自然通风隧道火灾烟气流动特征的影响

为研究城市倾斜隧道发生火灾后的烟气流动特征,通过FDS数值模拟仿真软件模拟了自然通风状态下不同坡度与垂直多竖井耦合作用时的温度分布及烟气运动,分析了由隧道及竖井温度场表现的烟气层吸穿现象、竖井上部开口处烟气速率及质量流率变化。结果表明,水平隧道中,隧道下游处竖井发生烟气层吸穿现象,隧道坡度增大,烟气聚集于下游,隧道下游处竖井内烟气层吸穿现象的消失对竖井排烟效率起正向影响;坡度是自然通风状态下影响竖井排烟效率的主要因素;竖井内烟气流动特征主要由坡度决定,存在临界坡度使竖井内发生边界层分离现象且该现象不会随坡度增大而消失;固定长度段隧道中多竖井的存在一定程度上延缓了由坡度导致的排烟效率下降的过程。

夏季分娩猪舍靶向通风系统应用效果研究

试验旨在研究分娩舍靶向通风系统在夏季的应用效果。将1个纵向通风分娩单元改为靶向通风模式,采用风管精准送风,原定频风机改为变频风机,以1个纵向通风分娩单元作对照组,试验在8月进行。试验单元和对照单元分别饲养27头和28头哺乳母猪,均采用湿帘降温,监测和分析2个单元的通风量、温湿度、CO_(2)浓度、仔猪生长情况和母猪舒适度。结果表明:与纵向通风单元相比,靶向通风单元的温湿度、CO_(2)浓度均匀度更好,空调开启和关闭时,其平均温度比纵向通风单元分别高1.5、2.8℃(P<0.01),平均湿度分别低10.5个百分点(P<0.01)和11.5个百分点(P<0.01),母猪体表风速高于纵向通风单元(P<0.01);当空调关闭时,靶向通风单元的平均CO_(2)浓度比纵向通风单元高125 mg/m^(3)(P<0.01);靶向通风单元母猪等效温度指数(ETIS)低于纵向通风单元(P<0.01),母猪舒适度更好,母猪掉膘厚度和仔猪平均增重差异不显著;靶向通风单元的设备成本比纵向通风单元高,但通风量约仅为纵向通风单元的1/4,其估测耗电量比纵向通风单元低19.57%(空调)和34.54%(无空调)。本试验结果说明,靶向通风系统用于分娩猪舍可以改善夏季猪舍内环境参数分布的均匀度,提高母猪舒适度,大幅减少猪舍通风量和能耗。

深部通风三维仿真模拟研究

随着矿井开采深度的不断增加,井下深部高温热害问题严重,由于深部的恶劣条件导致相关现场研究十分困难,利用通风三维仿真模拟技术进行深部通风系统分析是合理可靠的科学选择。应用Ventsim通风仿真模拟软件对河西金矿通风系统进行三维仿真模拟和系统能量损失分布模拟、河西金矿深部通风系统总需风量的相关计算,在模拟结果与理论计算的基础上,对模拟风量结果与临界需风量结果进行对比分析。为相似条件的深部矿井通风系统的模拟分析研究和降本节能增效提供了案例借鉴和数据参考。

基于EDEM-Fluent的玉米储藏立筒仓环流通风与纵向通风仿真分析

为解决立筒仓中纵向通风方式储粮效果不佳,在储粮机械通风过程中存在通风不均匀等问题,该研究结合纵向通风与横向通风的优点建立了环流通风仓模型,应用EDEM-Fluent流固热耦合方法,对相同工况下,储粮仓两种风道结构在机械通风时的速度场、温度场进行仿真对比分析。结果表明:环流通风速度均匀性指数为0.92,纵向通风速度均匀性指数为0.88,相同工况下环流通风气流在粮仓内分布更均匀。在温度场仿真分析中,纵向通风初期入风口附近区域粮堆温度呈梯度下降,明显低于初始温度,上层粮堆由纵向通风引起的热量传递不明显,受仓顶环境温度影响,粮面温度较粮堆内部低;环流通风初期,上层粮堆在环流通风影响下已经开始进行热量交换,产生温度梯度,通风结束后,纵向通风在粮层高度H=0.5 m处,温度维持26.85℃,H=0.8 m处温度降到27.85℃,整体平均温度降至24.77℃,环流通风仓在这两处温度分别为24.85和25.85℃,整体平均温度降至23.43℃,环流通风整体降温效果优于纵向通风;在颗粒温度场仿真分析中,相较于纵向通风,环流通风仓上下部颗粒温度相差较小,整体降温均匀。在不同通风形式下的粮仓各层温度变化规律分析中,不同高度的粮层,环流通风的粮堆温度均低于纵向通风,环流通风的粮堆温度下降更快,降温效果更好。整体结果表明,加装环流风道后立筒仓内粮堆降温效果明显优于纵向通风结构,研究结果为立筒仓风道优化,解决储粮通风不均问题提供重要依据。

冬季不同最小通风量模式对肉种鸡育雏育成期生长性能及环控能耗的影响

为研究冬季不同最小通风量模式对肉种鸡育雏育成期舍内环境、生长性能以及环控能耗的影响,试验测试了间歇式通风和连续式通风两种不同的最小通风量通风控制模式,分别比较了两种模式下鸡舍内主要环境质量参数、环控能耗、体重均匀度和抗体效价。结果显示:第一周,连续通风温度高于间歇通风(P>0.05),相对湿度显著低于间歇通风(P<0.05),二氧化碳浓度显著高于间歇通风模式(P<0.05),第2~10周,连续通风温度极显著高于间歇通风(P<0.01),相对湿度极显著低于间歇通风(P<0.01),二氧化碳浓度极显著高于间歇通风模式(P<0.01),同时连续通风鸡舍内环境参数波动度小于间歇通风;试验期间连续通风环控总能耗(7036.01 kW·h)低于间歇通风(7633.02 kW·h),并且连续通风种鸡体重均匀度优于间歇通风;H5N1亚型禽流感病毒抗体效价显著高于间歇通风(P<0.05),H7N9亚型禽流感病毒抗体效价极显著高于间歇通风(P<0.01)。研究表明,冬季肉种鸡育雏育成期采用连续通风的最小通风量模式对比间歇通风的最小通风量模式,可以获得更加稳定的舍内环境,雏鸡生长性能以及免疫效果更优,且能源消耗更少。

动车检查库不同通风系统降温效果对比研究

基于实测数据开展了不同通风系统对夏热冬冷地区动车检查库降温效果的对比研究。结果表明:屋顶机械排风系统设计换气次数宜为2~4 h^(-1);直接蒸发冷却送风系统换气次数宜为3~4 h^(-1);诱导通风系统推荐采用中部送风、两侧排风的系统形式,机械送排风换气次数宜为2 h^(-1);各通风方案在推荐设计值下都能满足湿球黑球温度限值30℃的舒适性要求;综合对比各方案,机械排风系统造价最低,诱导通风系统效果最好,蒸发冷却送风系统适合于改善局部热环境。

电力管廊通风规律及结构布局优化研究

为改善电力管廊的通风效果,依托北京新机场高速公路综合管廊工程,采用数值分析与现场试验的方法,对电力舱通风规律进行系统研究。在得到初步规律的基础上,通过改变通风方式、通风口位置和电缆布局,对比研究机械进风自然排风和自然进风机械排风、通风口设在管廊顶部和两侧、10 k V和110 k V电缆交换位置3类6种工况下的通风效果。结果表明:1)现有正常通风条件下,从进风口到排风口,进风口处气流组织混乱;同时,由于在进风口处气流2次改变运动方向导致能量损失很大,致使可用于驱动管廊内空气的能量减小,通风效果下降,造成能源浪费。2)将通风口(风机)布置在电力舱两侧时,因初始风速与通风方向一致,避免了能量损失,有效提高了通风效果。研究显示,管廊中间断面的平均风速提高了0.31 m/s,变幅达39.6%;温度降低了1.6℃,变幅达6.1%;压力损失降低了13.7 Pa,变幅达30.4%,极大地改善了电力舱通风效果。3)在通风口(风机)位于顶部的条件下,对电缆布局优化后,10 k V电缆表面温度降低3.21℃,110 k V电缆表面温度升高1.68℃,纵断面平均温度下降0.365℃,电缆布局调整有利于降低舱内温度,减少压力损失。

滚筒式堆肥反应器通风搅拌系统设计与试验

针对有机废弃物堆肥过程中物料溶氧效率低导致的堆体起温速率慢、发酵不彻底等问题,设计了一种高效堆肥通风搅拌系统,该系统由分段式通风系统和组合式搅拌装置构成,通过对两个主要装置进行理论设计和DEM-FEM耦合仿真,实现堆肥通风和搅拌工艺优化。结果显示,通风系统中的最大应力出现在通风管上,为13.064 MPa,最大形变量为0.038126 mm,搅拌装置中最大应力出现在抄板上,为190.31 MPa,最大形变量为0.34417 mm,符合设计要求。在此基础上,以食物垃圾和梧桐叶为原料,进行为期14 d的堆肥试验,监测堆肥过程中关键参数变化并测定发酵产物相关指标,完成通风搅拌系统性能验证试验。试验结果表明:使用该通风搅拌系统的滚筒式堆肥反应器,其内部堆体温度在3 d时达到53.34℃,堆肥过程中堆体最高温度可达69.56℃,堆体高温期(大于50℃)可持续6 d以上;试验结束后其产物含水率降至27.21%、pH值升至8.4、种子发芽指数最高可达131.4%,符合有机肥料测定标准(NY/T 525—2021),滚筒反应器运行成本仅65.51元/t。

高温独头巷道压抽混合式通风参数对人工制冷降温效果的影响

为了改善独头掘进巷道高温环境,以大红山铜矿西矿段-20m中段北沿脉西侧高温独头掘进巷道为研究对象,利用Fluent进行数值模拟,开展了风筒高度、抽出式风筒滞后压入式风筒距离及抽压比对独头巷道人工制冷降温效果的影响研究。结果表明:压入式风筒高度对降温效果影响明显,最佳高度为1.0m;抽出式风筒与压入式风筒高度持平时,降温效果最好,最佳高度为1.0m;抽出式风筒滞后压入式风筒距离过大不利于降温,最佳距离为5.0m;抽压比过小或过大均不能使掘进巷道形成良好的风流循环,降温效果较差,最佳抽压比为2.0。研究成果可为高温矿井通风辅助人工制冷降温参数选取提供指导。

基于PCA-BP神经网络的巷道通风摩擦阻力系数预测模型

根据实测巷道通风摩擦阻力系数数据的特点,建立了主成分分析PCA-BP神经网络预测模型。采用PCA法对影响巷道通风摩擦阻力系数的支护类型、断面形状、巷道宽、巷道高、支护部分周边长、巷道断面积和巷道长度7个因素进行降维。将降维后因素的贡献率进行排序筛选,得到3个主成分指标(F_(1)、F_(2)和F_(3)),作为BP神经网络输入层的神经元。利用实测数据对PCA-BP神经网络模型进行训练和测试,并将测试结果与支持向量机回归(SVM)模型和BP神经网络模型的测试结果进行对比,结果显示:全因素的BP神经网络预测模型和SVM预测模型的平均精度分别为92.9420%、93.0235%,而PCA-BP预测模型的平均精度达到了96.4325%。PCA-BP神经网络模型不但简化了网络结构,更提高了网络的泛化能力,使预测误差更小、精度更高,为更准确地获得巷道通风摩擦阻力系数提供了一种有效的方法。

典型核电厂址大型自然通风冷却塔对扩散的影响规律初探

近海核电厂采用二次循环冷却供水方式,配逆流式大型海水自然通风冷却塔。由于冷却塔作为高大建筑物以及冷却塔排放的雾羽对烟囱排放污染物扩散会造成影响,因此,需要针对工程布局,开展核电厂址大型自然通风冷却塔对扩散的影响规律研究。本研究联合风洞实验与数值模拟技术,发现核电厂大型冷却塔卷吸效应对放射性物质迁移途径和分布特征有显著影响。研究结果表明,无论是否排放雾羽,大型自然通风冷却塔都存在卷吸效应,烟囱排放的气载污染物会通过冷却塔底部进风口进入冷却塔,作为高架源进行二次排放。相比不排放雾羽,排放雾羽时的卷吸效应更加显著,通过冷却塔二次排放的污染物浓度显著增加。

氦气风机驱动电机转子径向通风结构研究

氦气风机驱动电机是高温气冷堆一回路唯一能动设备,其安全性直接影响到高温气冷堆的安全稳定运行。针对高温高压环境及氦气传热工质对驱动电机风路结构设计及相关参数影响引发的新问题,通过建立双侧转子铁心三维风路结构流固耦合传热模型,计算分析了高温高压环境下传热工质氦气在转子径向风沟内的流动特性,研究了转子分别在动态和静态情况下,通风结构内流体流动规律及转子铁心和导条的温升变化规律。同时,对不同种类传热工质的对应规律进行了对比研究,搭建了模拟实验测试装置,实测数据与数值计算结果吻合较好,验证了计算分析结果的合理性和正确性,为氦气风机驱动电机转子风路结构优化、冷却性能的有效提升提供一定的理论参考。

矿井通风参数缺失数据插补方法

矿井智能通风系统对矿山智能化建设至关重要。为解决矿井通风参数在实际测量时,因为巷道不具备测试条件、仪器信号受到干扰、巷道断面风速不均一、人工操作不当等制约性因素,造成的矿井通风参数数据缺失问题,提出了1种基于随机森林−链式方程多重插补法的矿井通风参数缺失数据插补方法。采用链式方程多重插补法,通过迭代对每个缺失的属性值产生n个插补值,从而产生n个完整数据集,对n个完整数据集进行分析优化得到1个最终的完整数据集。为了提高缺失值插补精度,合理考虑了矿井通风参数缺失数据的不确定性对分析过程的影响,在随机森林的预测任务中,结合预测均值匹配模型对缺失数据进行插补。以潞新二矿为实验对象,利用智能矿井通风仿真系统IMVS对潞新二矿矿井通风参数原始数据集进行数据预处理,得到完整、准确的矿井通风参数完整数据集,对完整数据集分别进行了不同缺失属性、不同数据缺失率、不同迭代次数的对比试验。以多种模型评价指标对模型有效性进行评估。结果表明:基于随机森林的链式方程多重插补模型插补形成的完整数据集与原始数据集具有很好的相似性;对不同缺失列进行插补实验的结果显示插补模型可以轻松处理混合类型的数据,自主学习参数之间的相关性从而降低了插补复杂性;迭代后形成的n个数据集通过分析合并成一个最终数据集,提高了插补准确率;对初始插补后的完整数据集进行不同迭代次数的试验,发现迭代超过一定次数后,数据相关性一定会收敛。