煤矿平巷火灾数值模拟及其特征参数研究

为了研究火灾产生的烟气在巷道中的运移和分布规律,采用单混合分数PDF非预混燃烧模型进行了三维瞬态数值模拟,分析研究了煤矿水平巷道发生火灾时期的温度场和烟气逆流层的变化规律。结果表明:火源强度一定时,通过对火灾过程中0.5、1.0、1.5、1.8、2.0、2.5 m/s等不同进风速度的模型求解,得出存在阻止高温烟气向火源点上风侧传播和运移的极限风速,模型中的极限风速V_(min)=2.0~2.5 m/s;并推出了逆流层关于风流速度的函数表达式。风流速度一定时,通过对火灾过程中5.24、10.48、15.72、20.96 MW等不同火源强度的模型求解,得出不同火源强度,巷道内温度场的瞬态变化规律;并推算出逆流层关于火源强度的函数表达式。     

通风因素对于巷道火灾热释放速率影响的数值模拟

为研究矿井通风因素对于矿井火灾热释放速率(HRR)的影响,以矿井实际巷道为基础建立了尺寸为100m×4m×3m的FDS模型。用温度为1000℃的热源和可燃物热解燃烧做火源,通过改变风速或风量的模拟来研究不同通风因素对于巷道火灾HRR的影响。结果表明:随风速增大,HRR最终分别稳定在6MW和3.2MW两个值附近;风量对于HRR稳定值影响不大;随风速和风量增大,热释放速率最大值(HRR_(max))分别呈现降低和增加的趋势。     

坡度对上行通风火灾影响的数值模拟

为探究上行通风时巷道坡度对矿井巷道火灾烟气流动的影响规律,应用火灾动力学模拟软件Pyrosim建立巷道线火源延燃模型,并依据美国职业安全与卫生研究所的全尺寸巷道火灾试验对模型参数有效性进行验证。基于以上参数,以山西省晋煤集团成庄某回风巷道为背景,建立了不同坡度上行通风巷道模型,对其火灾时期产生温度场和压力场进行数值模拟,分析巷道内部温度和压力分布,以及烟气蔓延规律。模拟结果显示:上行通风时巷道坡度增大,可使火灾初始蔓延速率加快,抑制烟气逆流的临界风速变小,同时火灾高温区域向下风侧偏移,温度整体下降,进出口压差增大。     

矿井带式输送机火灾蔓延规律数值模拟研究

为了掌握运输巷火灾蔓延及烟气运移的规律,基于12 m×0.7 m×0.9 m的矿井巷道火灾模拟实验台,建立了尺寸为11 m×0.5 m×0.4 m的FDS相似模型;设定火源功率:Q=2.51 kW,风速范围:0~0.8 m/s,利用FDS相似模型分别模拟火灾演变过程巷道内的温度场分布情况、烟气运移情况及带式输送机火灾蔓延情况。结果表明:纵向通风是改变巷道火灾温度场分布与烟气扩散的主因,火灾平均蔓延速率与风速成正比,风速对带式输送机火灾的温度场、烟气扩散及火灾蔓延速率影响显著。     

巷道风速对火灾烟气扩散距离的影响数值分析

为分析火灾过程中巷道风速对工作面巷道中烟气扩散速度与距离的影响,对工作面巷道火灾烟气扩散过程进行了分析,采用FLUENT对不同风速条件下工作面巷道中CO烟气扩散过程与规律进行了数值模拟与分析,结果表明:在回风侧巷道中CO扩散距离与巷道风速呈正相关,在进风侧巷道与风速呈负相关,同时,CO在进风巷道扩散过程中出现停滞状态,随风速增加,扩散停滞时间与距离逐渐减小。     

通风换气对煤矿井下电缆巷火灾影响分析

为研究不同通风换气次数对煤矿井下电缆巷火灾的影响,基于FDS火灾模拟软件建立了某电缆巷全尺寸模型进行火灾模拟。模拟共设置四种通风换气次数工况,通过数值方法求解热驱动的低流速N-S方程得到了各工况下的电缆巷火灾烟气分布云图、空气浓度分布云图及火源点顶棚温度变化,确定了逆风侧最远通风距离与通风换气次数的关系式,并计算得到火源逆风侧最小烟气扩散距离为50.8 m。模拟结果表明,在通风逆风侧,风速小于1.70 m/s时,烟气达到最远扩散距离的时间随风速增大而增大,风速大于1.70 m/s时,烟气达到最远扩散距离的时间随风速增大而减小;逆风侧由于上部区域烟气含量更高,并受气流阻挡作用仍在不断堆积,而下部烟气含量较小,随风流向顺风侧蔓延,扩散作用明显,从而形成逆风侧同截面上下部空气含量差距较大、顺风侧空气含量分布较为均匀的情况;通风换气次数对于火源顶棚达到稳定温度所需时间无明显影响,但对其温度大小有一定影响,火源顶棚稳定温度与通风换气次数大小呈现反比趋势。研究结果可为工矿区电缆巷的火灾防治提供参考。     

多参数耦合条件下矿井火灾数值研究

为研究多参数影响条件下矿井火灾的发展规律,采用火灾模拟软件FDS考察了巷道发生火灾时,各参数变化对其通风的影响。结果表明：在火源功率由180 kW增大至1 800 kW时,巷道顶部温度值由45 ℃上升至200 ℃;在不同巷道倾角下的巷道顶部温度平均在75～80 ℃,说明巷道倾角对巷道顶部温度影响很小。随着巷道通风速度由0.5 m/s增大至3 m/s,巷道最大气流速度由4.60 m/s增大至5.15 m/s,上风向巷道速度分布均匀,不易产生回流,下风向巷道速度分布较杂乱,烟气分层被破坏。该研究成果对矿山防火有重要的实际意义。     

多参数耦合条件下矿井火灾数值研究

为研究多参数影响条件下矿井火灾的发展规律,采用火灾模拟软件FDS考察了巷道发生火灾时,各参数变化对其通风的影响。结果表明：在火源功率由180 kW增大至1 800 kW时,巷道顶部温度值由45℃上升至200℃;在不同巷道倾角下的巷道顶部温度平均在75-80℃,说明巷道倾角对巷道顶部温度影响很小。随着巷道通风速度由0.5 m/s增大至3 m/s,巷道最大气流速度由4.60 m/s增大至5.15 m/s,上风向巷道速度分布均匀,不易产生回流,下风向巷道速度分布较杂乱,烟气分层被破坏。该研究成果对矿山防火有重要的实际意义。     

矿井胶带火灾模拟与逃生影响因素分析研究

矿井实际生产过程中,胶带火灾受多种因素影响,为确定矿井胶带火灾真实燃烧特性及人员逃生影响因素,本文应用火灾动力模拟软件PyroSim模拟了申家庄矿发生胶带火灾时,巷道内温度、烟气浓度及能见度随时间的变化情况,分析得出矿井胶带火灾时影响人员逃生的主要因素是烟气温度、CO浓度以及能见度。模拟结果表明该矿胶带火灾发生后的前200s是火源下风侧人员顺利逃生的关键时期,400s后巷道高温烟气、高浓度CO以及低能见度就严重影响人员逃生。研究结果为矿井应急救援和火灾逃生提供了参考。     

火源高度不同时隧道顶棚射流温度特性的实验研究

通过对隧道火灾相似比例尺寸的实验模拟,结合随着着火点高度不同时,池火质量损失速率、火羽流的热反馈速率与池火的热释放速率之间关系的理论基础,分析了随着隧道内着火点高度的变化,对隧道顶棚温度、燃料的质量损失速率、火源功率、吸收的热反馈、顶棚火焰撞击区半径的影响以及变化的规律,得出随着火源高度的增加,燃料的衰减速率、热反馈与火源功率均增大,顶棚射流半径也有所变化。