通风系统是保障矿井安全生产的关键,任何矿井均需时刻保持有风流在对应的通风回路中流动。即使在通风系统因故障或定期检修需进行主通风机切换时,中断通风的时间不能超过10分钟,最好能实现不停风切换。风机切换过程是利用多扇风门的启闭配合实现的,设计合理的多风门结构,不仅可调节流入井下各工作面风流的方向和风量,而且能实现主通风机的不停风切换功能。然而,实际生产中经常出现因风门故障,特别是在北方冬季极易出现因风门结冰引起的故障或次生事故,给煤矿安全生产带来巨大隐患。为解决这一问题,本文提出了一种矿井通风系统防冻风门设计方案,并利用热流耦合数值模拟方法对其内部的流动和传热特性进行研究。首先,对风门易出现故障进行归纳分类,形成典型故障库。完成了防冻风门单出口和多出口两种加热结构以及传动装置和加热装置的设计。利用Fluent软件对单出口和多出口两种方案下风门内部的流动及传热性能进行数值模拟,选出较优方案。数值模拟结果表明,单出口结构时,风门门板各部分的传热性能更优。与多出口结构相比,单出口结构时风门门板中间截面的面积加权平均温度提高了1.04%。其次,为提高风门加热装置的传热性能,降低气体流过加热装置内部的压力损失,通过L₉（3⁴）正交设计法并结合数值模拟对其结构进行优化。通过实验测得离心式风机压力随流量的变化曲线,并将其作为数值模拟的边界条件。以加热装置第一、二级导流板的长度和角度为影响因素,以温升和压降为评价指标,采用Fluent对9种设计方案的加热装置进行数值模拟。通过直观分析和极差分析得出最优方案,并对优化前后的加热装置内部流动和传热特性进行对比。研究表明,第一级导流板的角度对温升和压降的影响最显著。最优结构时两级导流板的角度分别为11°和27°,长度分别为130 mm和110 mm。与优化前相比,温升提高2.74%,压力损失降低9.1%,内部涡流减弱,湍流动能减小,内部流动和传热性能更好。然后,为优化风门内部结构,提高其传热性能,将优化后的加热装置分别与三种循环路径的风门进行热流耦合数值模拟。确定最优结构,并对该结构下风门在变流量工况的传热特性进行分析。研究表明,在风门内部无导流板、导流板横向布置和纵向布置三种循环路径结构中,纵向布置时风门内部热气流的传热性能最佳。导流板纵向布置时,风门中间截面的面积加权平均温度为317.61 K。与无导流板和导流板横向布置时相比,分别提高了3.91%和0.20%。变流量工况下,随流量的增大,风门内部热气流的速度增大,湍流动能升高,涡流更加湍急,门板各部分的温度逐渐降低。最后,搭建风门加热装置性能测试平台,利用实验测得加热装置在变流量工况下的传热性能。并将实验与仿真结果进行对比,验证数值模拟的合理性。研制的两扇NO 36防冻风门运转正常,密封性良好,符合D-LD2000的设计要求。防冻风门接入通风系统后,在10 min内完成了不停风切换任务,达到了设计目标。