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随着能源与环境问题日益加剧,做好工业生产过程中的节能减排势在必行。中国是煤炭的生产和消费大国,做好矿井节能生产有着长远的价值。本文从矿井通风节能着手,主要对矿井通风机扩散器出口的乏风动能进行回收利用,借助于当前迅速发展的风力发电技术,设计矿井乏风动能发电装置展开实验研究,并结合数值模拟的方法优化装置结构,实现不影响通风机正常通风的前提下,使装置产生较高的有效功率。通过对矿井通风理论、风力发电技术、气体射流理论的分析,设计实验装置时将复杂的扩散器结构简化为当量圆锥,使用小型三叶片水平轴风力发电机将动能转换为电能回收,并在风轮前端设置集流器结构聚集呈放射圆锥状的乏风,提出优化集流器结构可增大乏风的动能回收效率。实验研究采用制造简便的圆锥形集流器,针对α=16°/n=2和α=16°/n=2.5两种当量圆锥扩散器的情况,研究了4种结构参数较分散的集流器进口条件下风力机系统的启动状态和工作状态,通过分析不同距离处产生有效功率的变化情况,发现余流管出口风速超过1.8m/s以上装置即可工作,在正常工作时会发生有效功率层叠分布的现象,分析得出无障碍空间临界值L0至少为4Di（Di为扩散器入口直径）;然后详细分析研究风力机系统在L0为4Di和5Di时共计24种集流器进口条件下产生的有效功率分布云图,划分出动能回收效率较好的高功率区,确定相应的集流器结构参数,同时发现当扩散器断面扩大系数改变后分布差异较大,圆锥形集流器受气流稳定性、实验误差的干扰较大,需要对集流器结构型式进行优化。最后通过数值模拟对比风力机系统在圆锥形、圆弧形、锥弧形集流器进口条件下的内部流场特征,详细分析各情况下形成的速度场、压力场及涡核区域,发现使用圆弧形集流器可以使引入风轮的气流更加均匀,风轮对来流的阻碍作用也会降低,风轮后侧不会产生较大的旋涡,还可以有效降低噪声,风轮旋转稳定性更高,可进一步提高动能回收效率。