武汉市一次污染过程的局地流场和边界层结构的数值模拟

利用2013年11月武汉市逐日空气质量资料、地面气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和L波段雷达探空资料，通过WRF模式模拟空气污染生消过程中的局地气象条件变化，探讨特殊地形条件下边界层结构变化和局地环流在污染物生消过程中的作用和影响。结果表明：（1）武汉地区当背景环流场强的时候，由地形引起的局地流场对污染物扩散的影响就弱，反之当背景环流场弱的时候, 地形对流场影响明显:夜间为山风，白天为谷风。夜间山风与偏西北气流及偏东气流在武汉及周边地区辐合，形成气流汇聚带，在武汉地区形成一个反复污染带,即由地形引起的局地流场对污染物扩散的贡献就大；（2）武汉地区发生空气污染时，地面湿度较高，边界层呈上干下湿状态，其特征为暖而干且有偏东小风，这导致污染物不断堆积和重污染过程的形成。     

地下铀矿山留矿法采场受限空间内氡迁移的数值模拟

为研究铀矿山留矿法采场氡迁移规律,依据留矿法采场的构造和物理几何尺寸,建立了受限空间内颗粒堆积型射气介质气体流动的数学模型和氡迁移方程,以10 m和20 m高爆破矿堆为对象,采用计算流体力学(CFD)方法,研究了不同通风条件下采场中氡的迁移规律。结果表明:1)采场下行通风方式降低矿堆上部作业空间氡浓度的效果优于上行通风方式,但对采场运输巷道氡浓度的效果相反;采场排风氡浓度与采场通风风量成反比,氡析出份额与通风风量成正比;2)在相同通风风量下,10 m高爆破矿堆与20 m高爆破矿堆氡析出份额之差随通风风流量增长而逐渐缩小;3)均压通风对渗透率高(k=1×10-8m2)的采场排风氡浓度、矿堆氡析出份额有明显影响。     

水幕导流体液膜封闭特性数值模拟

为解决水幕液膜所存在的不封闭现象问题,使用FLOW-3D软件,采用RNGκ-ε湍流模型、VOF方法和单相流体模拟水幕导流体液膜流动,应用GMRES方法求解离散方程。通过模拟计算分析"导流体"使液膜达到连续封闭要求的可行性,并分析单宽流量、水箱宽度及导流体间距对液膜流速和厚度的影响。结果表明,通过引入"导流体"可以使液膜达到连续封闭的要求,并根据Nusselt关联式得出了符合自身情况的关联式。     

基于FDS的加油站便利店火灾模拟

为了研究加油站便利店火灾的发展规律，选择合理的疏散路线，使用 FDS软件对某加油站便利店进行火灾数值模拟。通过观察烟气扩散和动态升温过程，分析便利店的烟气扩散和升温规律，对比分析不同疏散路线上温度、烟气层高度和能见度的数据变化规律，分析选择不同疏散路线对人员安全疏散的影响。结果表明:在无火灾报警设备的情况下，卫生间等有隔断的设施会延迟设施内人员获得火灾信息的时间,不利于安全疏散；同等高度下靠墙区域受高温烟气影响较中央开阔区域更大；疏散时选择合理的疏散路线可以显著延长安全疏散时间。     

土压平衡矩形顶管施工引起的地表沉降规律研究

为了分析与掌握矩形顶管施工引起的地表沉降变形规律，提出基于MIDAS-GTS有限元软件的分析方法，首先，通过工程实例验证MIDAS-GTS有限元软件在分析顶管施工引起地表沉降变形的有效性；其次，通过影响因素的敏感性分析确定不同影响因素作用下的地表沉降变形特性，这些影响因素主要包括开挖面支护压力、侧摩阻力、地层结构特性等；最后，通过地表沉降变形特性分析得出矩形顶管的适用范围。研究结果表明:基于MIDAS-GTS有限元软件的地表沉降规律分析方法和结果，可为矩形顶管施工过程提供相关参考和借鉴。     

多场耦合作用下瓦斯与煤自燃协同预防数值模拟

为解决某综放面采用顶板巷与上隅角联合抽采方式可能引起的煤自燃及瓦斯爆炸等重大安全隐患问题,采用数值模拟从瓦斯、氧气体积分数分布特点和温度场角度综合分析合理顶板巷位置与抽采流量,为协同预防瓦斯和煤自燃复合灾害提供指导。结果表明:抽采口、上隅角瓦斯体积分数随抽采流量增加而降低;抽采流量100m3/min是影响氧化带宽度变化幅度的拐点;抽采流量对采空区最高温度的影响较大,对高温范围宽度影响较小;综合确定合理顶板巷位置为内错回风巷15 m,合理抽采流量为100~150 m~3/min;现场应用表明该方案既能解决瓦斯超限问题,又能有效控制煤自燃威胁,表明数值模拟具有较好的可靠性。     

晋牛矿1303综放面采空区注氮方案研究及数值模拟

为了合理设计采空区注氮防灭火方案，以晋牛煤矿1303综放工作面为研究对象，通过在采空区进、回风侧布置束管监测系统，连续测定采空区气体浓度变化，划分采空区自燃“三带”分布区域,并基于采空区自燃“三带”划分标准和数值模拟的方法，利用流体力学COMSOL计算软件，研究不同注氮量、注氮位置下采空区氧化自燃带的分布规律。研究结果表明:注氮量和注氮位置参数的变化，对氧化自燃带上界限的影响并不显著，而对氧化自燃带的下界限影响比较显著；最合适的注氮位置应该在距离切顶线30 m左右，运用Origin软件得出注氮量与氧化自燃带宽度呈指数关系，由拟合式计算出最优注氮量为386 m3/h，此时氧化自燃带的宽度为31.5 m。     

平煤十矿底板巷穿层钻孔瓦斯抽采模拟研究

为了降低平煤十矿己15-16-24130工作面运输巷掘进中的突出危险性，基于实际工程背景，考虑瓦斯抽采中的瓦斯运移及煤岩变形等因素，建立了瓦斯抽采气固耦合模型，并利用COMSOL Multiphysics软件对平煤十矿己15-16煤层的底板巷穿层钻孔瓦斯抽采方案进行数值模拟，研究了瓦斯抽采对于降低掘进过程中突出危险性的影响。研究结果表明:在己18煤层开挖底板巷对己15-16煤层进行穿层钻孔瓦斯抽采，瓦斯抽采180 d后，己15-16-24130工作面运输巷附近煤层残余瓦斯压力及瓦斯含量分别降至0.315 MPa和3.84 m3/t；将底板巷穿层钻孔瓦斯抽采方案进行工程应用，实测抽采后的残余瓦斯压力及瓦斯含量在0.32 MPa和3.17 m3/t，均小于平煤十矿煤与瓦斯突出防治规定的“双6”指标（残余瓦斯压力小于0.6 MPa，残余瓦斯含量小于6 m3/t），可有效降低运输巷掘进过程中的突出危险性。     

薄基岩厚松散含水层下综放开采安全性研究

为研究薄基岩厚松散层含水层下综放开采的安全性,通过对赵家寨煤矿12采区东翼松散层地质特征分析,将其分为"一隔三含",并揭露其厚度和结构分布特征对煤炭开采的影响。采用经验公式计算不同采高下导水裂隙带高度,并建立UDEC数值模型模拟分析开采过程中上覆岩层变形破坏规律。基于导水裂隙带高度经验公式计算、数值模拟结果和相关实测资料,并结合12采区东翼的地质特征,引入"导水裂隙带高度调整系数n"概念,提出并验证该区域的导水裂隙带高度计算公式。结果表明,12采区东翼大部分区域可疏干新近系下部含水层后开采,研究内容可减小防水煤岩柱高度,提高煤炭采出率。     

高黏度污泥螺带螺杆搅拌混合特性的数值模拟

污泥处理过程通常需要加入添加剂,而高黏度污泥流动性差,搅拌混合是一个难点。选用螺带螺杆搅拌器加添加剂搅拌高黏度污泥,用Solid Works软件几何建模后,将模型导入Gambit划分网格,结合Fluent软件选用多重参考系法(MRF)分别对双螺带螺杆搅拌器与单螺带螺杆搅拌器下的污泥与添加剂混合过程进行了模拟,对比了两种搅拌桨的混合时间、体积分数流场分布及混合效率,分析了不同加料区域的影响,并将搅拌功率模拟与试验结果进行了对比。结果表明:螺带螺杆搅拌器适用于高黏度污泥的搅拌且双螺带螺杆搅拌器混合时间更短,体积分数流场更快趋于稳定且混合效率更高;最佳加料区域为搅拌槽的中部。