压入式局部通风工作面风流分布数值模拟研究

笔者应用三维k -ε紊流模型描述压入式局部通风工作面风流的流动过程 ,并采用控制容积法导出了描述流体流动方程的离散化方程式 ;用计算流体力学的方法求得了三维k -ε紊流模型的数值解。采用SIMPLE(压力耦合方程式的半阴解法 )算法解算流场 ;TDMA(三对角线算法 )和Gauss Seidel法结合通过线顺法求解离散方程。利用弱松弛法防止非线性方程组迭代求解过程中的发散现象 ,获得了掘进工作面空间的速度分布 ;并将模拟解算结果与在具有实际尺寸的拱形巷道模型中测得的实验结果进行了对比。数值计算结果与模型实验测定结果非常一致 ,验证了笔者的数学模型和数值模拟方法的正确性。     

隧道钻爆法施工风流流场规律的数值模拟

为了解决公路隧道钻爆法施工粉尘浓度高的问题,以京昆高速公路辛庄隧道为研究背景,运用Fluent软件对风流流场分布规律进行数值模拟,并与现场实测的风速分布情况进行对比分析,模拟结果与实际数据基本一致。研究结果表明,当风筒出口风速为20m/s时,压入式风筒安装的最佳距离是距离掌子面40~50m,在这个范围内,最有利于粉尘的排出。     

井下移动热源对巷道局部风流温度影响规律研究

为了研究煤矿井下热源对巷道局部风流温度的影响,通过搭建实验平台以及建立数值模型,采用实验和数值模拟的方法,分析井下固定和移动热源对巷道局部风流温度的影响规律。研究结果表明:对比实验和数值模拟固定热源对巷道局部风流温度的影响,结果显示二者总体温度变化趋势一致性较好,验证了数学模型的正确性;井下热源移动速度不同时,顺风移动速度越大,对巷道局部温度影响越大,且巷道局部温度相对升高;逆风移动速度越大,对巷道局部温度影响越小,且巷道局部温度相对降低。     

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。     

天井掘进通风风流形态及粉尘分布研究

以现场试验和模型实验对天井掘进时抽出式、压入式和混合式局部通风的风流结构及粉尘分布进行了研究。结果表明:压入式通风时约有10％的风量进入工作面;压入射流二次产尘强度为凿岩时的17％左右;现有的局部通风方法不可能使工作面粉尘浓度降到2mg/m~3以下;现行测尘方法不能准确反映工作面环境粉尘浓度。     

不同风速下胶带巷火灾温度场及灾变风流数值模拟研究

本文以中煤集团王家岭煤矿胶带巷为模型,运用火灾动态模拟软件(FDS),研究其上行通风方式下,胶带巷火灾的温度场及灾变风流流动规律。结果表明:随着时间的延长,各测点温度先快速升高,随后保持平稳,且距离火源位置较近的温度测点升温时间较早。此外,各烟气测点位置烟气浓度在短时间内均急剧升高,且随后保持平稳。随着风速的增大,巷道中的CO浓度及烟气蔓延范围逐渐减小,当风速超过1.5 m/s时,烟气逆流现象被抑制,风速高于2.5 m/s时,巷道中未出现烟气逆转现象,研究结果可为井下人员的逃生避灾提供理论指导。     

高温矿井巷道风流温度预测方法研究

根据高温矿井巷道与风流间热湿交换特点,提出了"巷道空间水分蒸发需热量等于巷道出口风流理论温度与实际温度之差的显热交换量"的观点;提出了"将饱和水蒸气分压力分区线性化"及"先简化、后误差修正"的数学变换思路,将巷道始末风流潜热交换量表示成巷道出口风流温度的一次函数,并得到了预测矿井巷道出口风流温度的数学模型;叙述了预测矿井巷道末端风流温度的详细计算步骤,并分析了各参数取值方法。通过与其他资料计算实例的对比分析,证明了新提出的矿井巷道风流温度计算法具有计算精度更高、可信度更高的优点。     

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。     

独头巷道射流通风流场CFD模拟研究

独头巷道压入式通风是有限空间的受限贴附射流。独头巷道通风风流流场是通风理论和通风设计的基础。笔者根据流体动力学和射流理论 ,建立了独头巷道压入式受限贴附射流通风的紊流k -ε数学模型 ,分析了计算边界条件 ,并应用计算流体动力学 (CFD)的方法模拟了独头巷道射流通风流场 ,从理论上得出了独头巷道有限空间受限贴附射流通风的规律 ,为研究独头巷道合理并有效通风提供了新的理论依据。     

矿井潮湿巷道风流温度预测方法改进

高温矿井风流温度准确预测是很多学者关注的课题,难点是预测模型中的含湿量或水蒸气分压力与温度关系复杂。结合矿井风流温湿度特点,充分考虑风流温度、相对湿度共同对潜热交换量的影响,提出了分区间将含湿量项回归成温度、相对湿度的二元一次函数的简化方法;根据矿井风流能量方程理论,提出了利用焓值方程闭合差校验模型预测精度的方法;得出了精度较高、且可手动计算的预测通风时间1 a以内和1 a以上巷道末端风流温度计算模型。     

矿井井筒提升设备绕流的数值模拟

基于经典的流体力学理论,建立罐笼绕流的二维RNGκ-ε湍流模型,分析其初始边界条件,并结合工程实际应用FLUENT计算流体动力学软件模拟罐笼运行时井筒内流场及压力场,得出井筒内流场及压力场的变化规律。研究结果表明:在罐笼运行期间,由于空间受限而引发活塞效应,井筒内压力发生瞬态变化,造成通风系统的压力波动,导致气流运动的动态改变,对通风系统稳定性有一定的影响。     

木材燃烧温度场数值模拟

木材是一种很重要的可燃物,在燃烧过程中产生的热辐射和烟气会对周围的环境造成重大的不利影响。应用数值模拟方法对木材燃烧产生的温度场进行研究,通过设置模拟参数,构建燃烧产生的温度场,设置了温度测点和温度切片,并将模拟结果通过二维和三维图表达出来。该项成果可为可燃物燃烧的研究提供一定的参考数据。     

综采工作面粉尘运移和粉尘浓度三维分布的数值模拟研究

分析了综采工作面流场及粉尘分布的特点 ,视工作面含尘风流为气 粒两相流 ,建立了描述综采工作面风流中粉尘运动和浓度分布的数学模型。采用计算流体力学的有限容积法求解 ,编制了模拟计算综采工作面三维空间内风速和粉尘浓度分布的计算机程序     

旋转风幕流场的数值模拟及实验研究

基于流体力学中空气射流理论,建立气幕旋风排风罩流场的三维数学模型。影响气幕旋风排风罩效果的因素很多,主要包括:射流气动参数、吹吸气动参数以及流动空间的边界条件和装置结构等。针对不同送风速度、不同送风角度下两种情况进行分析,并利用FLUENT计算动力学软件对这两种情况下气幕旋风排风罩的流场进行了数值模拟,经过比较确定出最佳效果时的参数,并利用示综烟雾进行了实验。结果表明:所建立的气幕旋风排风罩流场的数学模型完全正确,所确定的最佳效果时的参数和实际情况基本一致,可用于工程实际。     

钢构件非均匀温度分段方案对结构响应模拟精度的影响

局部火灾条件下的非均匀温度分布会通常会导致钢结构构件的非均匀温升并影响其安全性能,在进行结构火灾安全分析时通常需要将这种非均匀分布分段平均处理.本文利用结构分析软件数值模拟研究了温度分段平均处理方案对设定的非均匀温度分布的钢结构轴力、剪力、弯矩、挠度等力学参数的影响.研究结果表明:合适的温度分段平均处理可以比较准确地反映非均匀温度分布对这些参数的影响,为进一步的结构安全分析提供条件.本案例中将非均匀温度分布平均处理为20段就可以将相对误差控制在5%以内.     

采场前方支承压力分布规律数值模拟研究

采煤工作面前方移动支承压力在矿压显现中起主导作用,往往是矿井复杂动力现象的力源。结合矿井具体地质条件,采用FLAC数值模拟研究煤层厚度、开采深度、煤体强度对支承压力分布特征的影响,得出在其它地质和生产技术条件一定的情况下,采场前方支承压力分布的基本规律,为确定采面前方支承压力影响区范围、回采巷道超前支护范围以及优化支护方案提供了参考。     

标准受火条件下考虑水分迁移混凝土板温度场数值计算

火灾（高温）条件下,钢筋混凝土构件中水分的蒸发迁移会改变构件内部的传热过程,导致温升及局部温度分布发生变化。本文尝试在一定假设条件的基础上建立简单的水分蒸发迁移模型来考虑水分对混凝土板温升过程及温度分布的影响,进而对计算温度场进行适当修正。     

采空区开区注氮灭火温度场冷却过程的数值模拟

为研究开区注氮条件下,采空区遗煤自燃被抑制和熄灭作用复杂力学过程(原理),由非均质多孔介质中的渗流连续性方程、气体弥散方程和综合传热方程的联立,建立了注氮采空区煤自燃的非定常数值模型。结合实例,用迎风格式有限元方法求解。计算在不同情况下采空区自燃高温点熄灭过程,以图形方式给出了采空区的漏风流态、氮气流态,描绘灭火降温过程中,采空区氧、CO和温度分布的动态变化过程。提出了对自燃早期火灾施行开区注氮灭火的方法和适用的判定准则。理论计算得到开区注氮灭火分为两个阶段过程,即原火源熄灭和新自燃氧化区形成并自燃。指出实施开区注氮灭火应准确把握注氮时机和防止新自燃氧化区形成的工作面开采推进时机;并配合降低漏风措施条件下进行注氮。     

烧结机尾“电改袋”除尘器数值模拟

针对现有"电改袋"除尘器不易实现在运行中更换滤袋且内部气流分布不均匀等问题,结合某烧结厂190 m2"电改袋"工程实例,提出一种可以在运行中更换滤袋的分室式"电改袋"除尘器结构,并利用CFX软件模拟其流场。结果表明,烟气由进气烟道进入袋室时速度大小和方向均发生突变,大颗粒粉尘受惯性力和重力作用易被中间灰斗捕集,有效减缓粉尘对滤袋的磨损;滤袋底部附近区域和两侧灰斗内的烟气速度分别小于5 m/s和6 m/s,可有效防止滤袋间的碰撞磨损和灰斗二次扬尘;各袋室的烟气流量分布比较均匀,标准差为0.152。