液压支架是煤炭开采的重要设备,主要担负着控制管理顶板、保证开采安全工作空间、保护开采设备的安全等工作,液压支架设备的优良直接决定了煤炭开采的生产效率。因此,研究液压支护设备应用和发展变得十分重要。本文主要综述了液压支架设备的研究现状,基于有限元仿真技术液压支架的发展和应用,并对液压支架的零部件基于数值仿真技术方面的参数优化进行了阐述与展望。

为了使统结构的液压支架安全阀在应对煤层顶板冲击时确保液压支架立柱不易受到冲击破坏,设计一种直动与差动相结合的双级联动式液压支架安全阀。根据液压支架受顶板冲击载荷,构建双级安全阀启溢闭过程立柱回路的动态特性模型,进行冲击作用下的动态仿真,获得不同冲击速度和不同冲击持续时间下双级安全阀动态特性曲线。自制快速冲击加载实验台,对公称流量为1000 L/min的双级安全阀样件进行冲击加载实验。结果表明:双级安全阀的稳态压力为45 MPa,稳态流量为950 L/min,压力上升时间为20 ms,压力超调量为22.3%,双级安全阀灵敏度较高,动态特性较好,对顶板不同的冲击形式,可快速对立柱回路进行卸荷降压。

为确定大采高工作面超前液压支架工作阻力,以2021工作面为研究背景,采用现场工程地质调查、理论分析计算、数值模拟分析等方法,对不同超前液压支架工作阻力下的工作面巷道破坏情况及顶板位移情况进行了研究。研究结果表明:超前液压支架工作阻力大于0.3 MPa时,巷道顶板破坏高度、两帮破坏深度及顶板下沉量均未发生明显变化,因此2021工作面应选择额定工作阻力不小于0.3 MPa的超前液压支架。

为了研究渐变节流式液压缓冲器缓冲过程中内部流场的变化规律,建立了部分结构的二维轴对称模型,并利用Fluent动网格技术与用户自定义函数(User Define Function,UDF),对缓冲器缓冲过程的内部流场进行了动态数值模拟。通过计算,得出了缓冲器内部流场不同时刻的压力曲线、压力云图和速度云图,并对缓冲器内流场压力和速度随时间的变化情况进行了分析。研究结果表明:在针形节流杆与阻尼孔形成的缝隙处,油液压力是逐渐降低的,油液流速是逐渐增加的,且某些位置的油液压力会小于大气压,产生气穴。

为研究双向流道轴流泵装置的飞逸特性,以引江济淮枞阳站泵装置模型为研究对象,基于RANS方程和RNG k-ε模型,应用CFX软件对双向轴流泵装置全流道进行了非定常数值模拟,获得了不同扬程下的流量值及飞逸转速值,计算得到了单位飞逸转速.通过数值计算结果与试验结果相比较,验证了数值计算方法的正确性.结果表明单位飞逸转速随着叶片安放角的增大而逐渐减小;水流通过泵段后流动变得不稳定,在出水流道中产生大量旋涡;叶轮进口处压力脉动主频为叶轮转频的叶片倍数,压力脉动幅值从轮毂到轮缘逐渐增大;叶片吸力面中部压力分布较不规律,叶片压力面头部及吸力面尾部存在高压区,且面积随飞逸扬程增加而变大;叶片尾部流速较大,边缘存在流动分离现象,而头部存在低速区域,扬程增大后低速区面积增大,流场更加不稳定.研究结果可为泵装置的设计优化及安全

双吸离心泵具有流量大、扬程高的特点,被广泛应用于农业输水灌溉等工程。双吸泵的蜗壳和叶轮间具有动静干涉作用,两者之间的匹配形式会对水泵的水力性能产生影响。将CFD数值模拟和已有试验数据相结合,通过研究不同比转数的双吸离心泵蜗壳面积比对水力性能的影响,得出不同比转数下双吸离心泵最优蜗壳面积比规律。研究发现,当蜗壳面积比在原有基础上增加时,其最高效率点向大流量工况偏移,且扬程和效率有下降的趋势,设计工况附近的平均效率降低;当蜗壳面积比减小时,其在一定范围内扬程和效率均出现上升,最高效率点偏向于小流量工况,但是当降低到一定程度时,扬程和效率均会出现急剧的下降,最终通过总结各个比转数双吸泵的最优蜗壳面积比,得到随着比转数的增加,最优蜗壳面积比增加,高效区范围逐渐加宽这一规律。

运用CFD(computational fluid dynamics)软件ANSYS的Fluent15.0模块,以某感应交流电机为例,使用流固耦合的方式分析其冷却系统在额定工况的流场分布。通过冷却风扇叶片间的流动分布状况,定、转子通风槽内部流动分布状况及主要发热部件的表面温降状况,对电机冷却系统的散热性能进行评价。最后基于增大流量的优化思路,通过改变冷却风扇出口角的方法对冷却系统进行优化设计,并将优化前、后冷却系统散热性能进行比较分析。结果为当冷却风扇出口角为45°时,电机冷却系统换热性能更好。

基于逆向工程设计方法,提取具有优良气动性能和低噪声特性的长耳鸮翅膀展向40%截面位置处的翼型进行仿生重构,并将其应用于窗式空调用离心风机叶片的叶型改进中。采用数值计算方法研究了仿鸮翼翼型叶片4种不同中弧线分布方式的降噪效果,对最优设计风机的气动性能和噪声进行了试验验证。与原型相比,仿生翼型叶片按照单圆弧中弧线分布设计的离心风机降噪效果最好,在风量基本保持不变的同时风机噪声下降了1.3dB。风机内部流动及其噪声特性的数值模拟结果表明：仿鸮翼叶片的应用可减少叶轮流道内的低速分离区域,有效抑制通道内旋涡流的产生和发展,同时减弱叶轮与蜗舌间周期性的非定常相互作用,降低叶片前缘区域和蜗舌区域的压力脉动,从而有效降低空调用离心风机产生的气动噪声。