第1层网格节点位置对局部通风流场解算结果的影响

用计算流体力学(CFD)软件对掘进工作面的流场进行模拟时,网格划分对局部通风流场的数值模拟解算结果有很大影响.在模拟解算过程中,通常运用壁面函数法来解算壁面附近的流场,该法要求紧挨壁面的第1层节点处于对数律层中.在网格划分时,第1层网格节点到壁面的距离一般都相等,由于局部通风掘进工作面的风速分布很不均匀,因此,让第1层节点都处于对数律层中是不可能的.分别模拟了第1层网格节点处于到壁面距离为1.5 cm、2.5 cm、4 cm、5 cm和10 cm的位置时局部通风掘进工作面的流场分布,并对比了第1层网格节点处于不同位置时各断面的最高风速、正风速和负风速的解算结果,且与Tomita的试验结果进行比较,提出了确定第1层网格节点位置的方法.处于对数律层第1层节点的比例越多,模拟结算的结果越精确.     

贯通巷道风流流场数值模拟若干关键问题研究

根据计算流体力学基本理论,利用计算流体动力学(CFD)软件Fluent,运用三维k-ε湍流模型对贯通型巷道风流流场数值模拟中风流入口、出口位置对巷道风流流场分布的影响、湍动能k及湍动能耗散率ε的取值对模拟结果的影响等进行考察。通过研究确定模拟巷道的流体力学入口长度,确定模拟巷道出口位置;湍动能k及湍动能耗散率ε的取值对入口附近流动还没有充分发展区域拟解算的结果影响较大,而对流动充分发展的区域影响较小。将数值模拟风速值与理论计算风速值进行对比,模拟结果与计算结果非常一致,验证了数值模拟方法的正确性,为研究贯通型巷道风流传质过程、瓦斯运移规律及通风排污效率等提供了理论基础。     

潮湿巷道风流温度与湿度变化规律分析

通过对矿井风流与围岩热湿交换理论的研究,提出理论上更可靠的风流温、湿度计算方法,编制了模拟解算矿井风流与围岩热湿交换的计算机程序,解算出潮湿巷道风流温度及湿度的变化规律,并分析通风时间、湿度系数等参数对风流温度及湿度变化规律的影响;沿风流流动方向,风流温度及湿度不断增加;巷道风流温度及湿度随着通风时间的增加而不断减小,通风时间越长减小的幅度越小;围岩壁面湿度系数对风流温度及湿度的影响较大,其他参数不变时,壁面湿度系数越大,风流温度越小,风流湿度越大。     

采空区流场模拟中工作面物理模型设置方法探讨

利用Fluent软件,对工作面物理模型考虑为多孔介质区域、真实情况、支架与多孔介质区域,结合使用三种条件下的工作面及采空区流场进行了分析,通过分析流场分布得到合理的工作面物理模型设置方法。结果表明:三种工作面物理模型设置情况下的工作面空间流场分布有很大差别;工作面设置为真实情况、支架与多孔介质区域结合使用时的上隅角瓦斯浓度及采空区流场却相差无几,而将工作面考虑为多孔介质区域时,与其它两种情况相比,其上隅角瓦斯浓度、采空区流场分布有较大差异。因此,若对工作面空间流场分布进行研究时,应根据工作面布置的实际情况(支架、采煤机、刮板运输机等),建立与之相符的物理模型进行求解;若对上隅角瓦斯浓度及采空区流场分布进行研究时,为减少建模的复杂程度,可在工作面设置有支架的基础上,将工作面考虑为多孔介质来处理。     

掘进巷道瓦斯分布数值实验研究

根据局部通风流场特点确定适合矿井局部通风掘进巷道工作面瓦斯与风流质量交换的数学模型,在近壁面使用标准壁面函数法解决近壁面的流动,在湍流充分发展区,使用RNG k-ε双方程湍流模型;讨论考虑巷道支护的情况下壁面粗糙度的影响,确定矿井掘进工作面局部通风模型网格划分的方法、掘进头瓦斯涌出的边界条件;利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对掘进工作面的风流与瓦斯的混合过程进行了模拟;得出不同瓦斯涌出量情况下掘进巷道工作面风流分布和瓦斯浓度的分布规律。研究表明:瓦斯涌出量和风速对流场分布有影响,随着瓦斯涌出量的增大和风速的降低,瓦斯对流场的影响越来越明显。     

钻屑暴露时间误差对解吸指标△h2误差的影响

钻屑瓦斯解吸指标△h2是预测煤与瓦斯突出的重要方法之一.通过分析钻屑瓦斯扩散的过程,建立了钻屑瓦斯扩散的数学物理模型,推导出了钻屑解吸指标△h2的解析解.对钻屑瓦斯放散量随时间的变化规律,△h2的绝对误差和相对误差随钻屑暴露时间误差的变化规律进行了研究.结果表明:钻屑瓦斯放散量随放散时间的增长而增加,且增加幅度随时间逐渐减小；△h2的绝对误差和相对误差都随钻屑暴露时间误差的增大而增加.因此,暴露时间的准确性对获得真实的△h2至关霞要.     

倾斜巷道中风流方向对瓦斯分布与积聚的影响

基于计算流体动力学基本理论,利用Fluent软件,采用控制容积法对描述流体流动的控制方程进行离散,用SIMPLEC(协调一致的压力耦合方程组的半隐式方法)算法来解算流场,使用标准 k-ε 壁面函数法解决近壁面的流动,在湍流充分发展区使用标准双方程湍流模型,对倾斜巷道两帮煤壁涌出瓦斯情况下的瓦斯分布与积聚进行数值模拟,研究了风速和倾角不同时风流方向对巷道中瓦斯分布的影响规律.结果表明:倾斜巷道两帮煤壁涌出瓦斯情况下巷道两帮煤壁附近及其上部的两个角上容易积聚高浓度瓦斯,且同一个横断面上部的瓦斯浓度比下部高;风速越大、巷道倾角越大,高浓度瓦斯与空气的交换距离越短,瓦斯与空气充分混合需要的距离越短;下行通风且风速较小时,巷道顶板出现明显的瓦斯逆流现象,逆流区瓦斯浓度远大于瓦斯涌出点下风流一侧的瓦斯浓度,随着风速增大,瓦斯逆流长度逐渐变短.     

巷道围岩温度分布及调热圈半径的影响因素分析

分析了巷道壁面水分蒸发情况下通风时间、岩石的热物理性质、巷道几何尺寸、巷道风流与围岩壁面的对流换热系数、壁面湿度系数与风流相对湿度的变化对围岩温度分布及调热圈半径的影响。随着通风时间的延长 ,围岩冷却范围逐渐向围岩内部推移 ,推移速度逐渐降低 ;巷道壁面水分蒸发和风流相对湿度对靠近壁面处围岩温度分布影响很大 ,但对深部围岩温度分布的影响逐渐变小 ,所以对调热圈半径的影响很小 ;岩石导温系数对调热圈半径及其内部的温度分布影响较大。巷道壁面风流与围岩的换热系数和巷道的几何尺寸对巷道围岩的冷却范围影响非常小。     

煤层瓦斯流动数值解算时空步长的选取

对应用有限差分法解算煤层瓦斯流动时,如何选取合适的时间步长和空间步长、如何根据煤层瓦斯压力分布计算煤壁瓦斯涌出量等问题进行了分析和探讨。用煤壁处节点与煤层内相邻节点间的瓦斯压力梯度来求煤壁瓦斯涌出量的方法误差较大。根据煤层内各节点的瓦斯压力值对瓦斯压力进行拟合,用拟合曲线在煤壁处的斜率作为煤壁瓦斯压力梯度计算瓦斯涌出量,能得到可靠精确的结果。通过考察选取不同时间步长和空间步长时煤壁瓦斯压力梯度的变化,提出了选取合适的时间步长和空间步长的方法。     

围岩散热计算及壁面水分蒸发的处理

笔者采用湿度系数法对壁面水分蒸发进行了处理,对计算壁面处饱和空气含湿量的方法进行了改进,将饱和空气含湿量与温度的关系拟合为二次曲线;建立了在考虑壁面水分蒸发情况下解算巷道围岩温度场分布及围岩向风流的散热量的数学方程,并采用异步长有限差分法对其进行了数值模拟求解;解算出巷道壁面水分蒸发情况下围岩温度分布、壁面温度和围岩散热量的变化规律;并与将饱和空气含湿量与温度的关系拟合为线型关系曲线时的解算结果进行了对比,将饱和空气含湿量和温度之间的关系拟合为线性的计算结果存在一定的误差,通风时间越长,湿度系数越大,风流相对湿度越小,拟合为线性时计算出来的壁面温度和围岩散热量的误差越大。