大断面巷道风量精准测量数值模拟研究北大核心

目前大断面巷道风量精准测量已然成为困扰矿井通风系统管理人员的一道难题;为了解决这一问题,首先借助COMSOL Multiphysics软件的湍流模拟功能,以煤矿常见的矩形巷道和半圆拱形巷道为例,分别模拟了巷道入口风速为0.25、2、6、12 m/s时,巷道断面中各点瞬时风速的分布情况;发现巷道断面中瞬时风速等于平均风速的位置只与巷道断面的几何特征有关,不会随巷道入口风速的变化而发生改变,验证了"关键环"的存在;然后计算了巷道断面中距离底板1.8 m处的二维截线上各点的瞬时风速,通过后处理功能精准确定了巷道断面中瞬时风速等于平均风速的位置;这样就为精准确定大断面巷道的风量提供了依据;最后为了方便技术人员使用,将计算模型封装成能够独立运行的APP,只需要输入巷道的几何特征参数和入口风速,就可以确定断面中平均风速等值线的位置。     

工作面落煤瓦斯与风流混合的Fluent模拟分析

从工作面瓦斯分源辨识的需求入手,结合现有回采工作面瓦斯传感器安装的规定,提出落煤瓦斯涌出相对容易从回风巷的瓦斯总的涌出中提取出来。结合宁煤某矿11010回采工作面的实际情况,利用Fluent流体分析软件,对该工作面落煤瓦斯与风流的混合过程进行了模拟分析。通过对工作面新鲜风流不同风速情况下的模拟得出,落煤瓦斯和风流混合所需距离与入口风速值成反比。结合工作面实际风速值,分别在回风巷选择水平距离为5、10、15、30 m处的断面模拟了实际风流状况,按照对称区域平均风速的比值来衡量瓦斯流与风流的混合程度。     

输送机布设矩形巷道断面风速分布特征风洞模拟

通过利用太原理工大学的"地下工程模拟风洞"并制作比例模型进行相似模拟试验,掌握了应用风洞试验探索井下巷道流场特性这一较为新颖的研究方法。经过对试验数据进行分析得到模型巷道的风速分布图。试验表明:锚杆支护矩形断面巷道的断面风速分布具有左右对称的特征,最大风速点位置出现在模型巷道中心点的下方,其距中心点的距离约为巷道断面当量直径的15%～25%,进行函数拟合后可得在巷道横纵对称轴及两条对角线位置上的风速分布符合对数函数形式。     

矿井测风方法的误差分析和校正

目前矿井主要用侧身法和迎面法来测定巷道内的平均风速。为使风表连续均匀地在测风断面上移动,测风人员操作风表时也必须移动,因此也就影响到测风断面风流的稳定性,使得该断面上各点风速不断变化,给测定结果带来误差。本文通过实验研究对误差的大小进行了分析,得出了校正公式。并在现场矿井巷道中对校正公式的可靠性进行了验证。同时,本文还对应用速度场系数测算巷道平均风速的误差和可行性进行了实验研究。     

基于混合长度理论的巷道风速场规律研究

为研究巷道断面风流风速分布规律,准确测定风速大小,根据普朗特混合长度理论建立的粘性应力 与速度梯度关系与湍流运动基本方程式相结合,运用量纲分析法,分析平均风速与巷道断面任一点风速的关系,并 在实验巷道和井下进行现场实测,得出巷道风流风速分布规律。结果表明,巷道断面任一点风速与平均风速比和 实测点位置存在一种线性关系。针对煤矿井下巷道断面风速分布进行研究可以为准确计算巷道风量及平均风速 提供参考,并为风速传感器布置提出指导意见。     

高空溜井卸矿冲击风速模拟研究

为有效控制高溜井冲击气流,通过理论分析得出高溜井卸矿时冲击风速大小的主要影响因素有矿石卸载量、下落深度、矿块大小、溜井断面及溜井阻力系数等。以某矿单一高溜井为研究对象,利用Fluent软件模拟了矿石下落深度对溜井冲击气流的影响,结果表明冲击风速和气压与矿石下落深度呈正相关。     

矿井巷道断面风速分布规律研究

本文针对王庄矿630轨道巷和进风分巷的矩形、梯形、三心拱巷道进行了风量参数实测,基于实测参数利用Fluent对巷道断面风速进行数值模拟研究。结果表明:巷道风速由边壁向中心增大,平均风速分布曲线与巷道断面形状一致呈环状分布且与通风风速大小无关,该结果为风速监测器位置的确定和风量准确监测提供了理论指导和依据。     

煤矿井下拱形巷道低风速区风速分布的风洞模拟

通过测量地下工程模拟风洞半圆拱形横断面8条特征线上的风速值,研究井下拱形巷道横断面上的风速分布规律。在不同断面中心点风速下边界层范围内,风流速度随传感器距巷道壁上各特征线端点距离变化关系的函数拟合基本符合对数函数形式。     

矿井主通风机风量测试方法的模拟研究

针对风速法测煤矿通风机风量时受支架影响的问题,以圆形巷道为例,在分析巷道内部风流分布规律的基础上,利用Fluent软件建立了巷道仿真模型,分别对无支架和有支架2种情况下巷道的风流场进行数值模拟,得到了各测点的风速。通过对比分析2种情况下的仿真结果得出,在巷道中安装支架会使测风断面风速值发生变化,测量值与实际值之间产生偏差,造成12.3%最大相对误差,5.7%平均相对误差。该研究为改进矿井主通风机风量测量方法,进行误差补偿提供了依据。     

建筑物周围行人高度风环境的质量评估

采用计算机软件对某建筑物周围风环境进行数值模拟,根据已有的模拟数据对该建筑周围风环境用风速比评估方法进行评估,得出预测结论,为进行建筑设计时如何考虑周围风环境提供了一定的理论依据.     

基于LDA的均直巷道断面突扩风速分布规律实验研究

风速分布是计算井下巷道瓦斯、火灾气体、粉尘运移规律,温度、湿度分布,传热传质过程的基础,对风速传感器布置及测风仪表研制具有重要意义。针对传统的接触式瞬时速度测量方法的局限性,采用非接触式激光多普勒测速仪（LDA）对均直巷道的稳定流动及断面突扩后风流状态进行实验测试。在平均风速为4 m/s左右的条件下,得出即使是均直巷道的稳定流动,其瞬时风速的大小及方向也呈现极度的湍流脉动性,平均脉动幅度可达平均风速值的33%左右,测点风速大小及风向均服从正态高斯分布;在突扩区域有大涡存在,漩涡区风流方向极不规则,各向均有分布,其风速平均绝对值在0.1~0.2 m/s左右波动,表明井下工程测风可有条件地忽略湍流大涡区域。受突扩影响均直巷道断面风速分布呈近似均等的动态的波浪线分布而非拟抛物线型,壁面光滑的实验巷道边界层厚度在5 mm左右,风速以跃迁方式“突变”达到均值。实验表明,传统的测风原理及方法仅能满足一般的工程需要,但是不能满足以湍流为特征的巷道瓦斯、火灾气体、粉尘运移规律,温度、湿度分布,传热传质等过程的计算要求。     

基于PIV浮选柱旋流场的测试与模拟

为深入探讨旋流段的流场分布及旋流分离的作用机理,以粒子图像测速系统(PIV)为基础构建了浮选柱旋流段的流场测试平台,利用PIV测试平台和Fluent数值模拟软件对旋流段内部的速度场进行了测试与数值模拟,研究了旋流段的速度分布规律以及循环量变化对速度分布规律的影响。结果表明,流场速度以切向速度为主,且有着明显的分布规律,径向速度比较小且分布比较复杂,轴向速度相对径向速度较大,速度分布呈对称分布;随着循环量的提高,轴向速度的零点向中心靠拢,而最大值出现在相近的半径位置。数值模拟结果和实验结论吻合度较高。     

气动旋转射流风幕风速空间分布与控尘性能研究

摘要：为有效控制挖掘作业中由煤尘扩散引起的巷道内部环境污染,通过CFD软件数值模拟与相似实验平台相结合的方法,研究分析了气动旋转射流风速场的空间分布规律和控尘性能。研究结果表明：射流风速20-30 m/s时可形成稳定风幕;气相流场速度分布规律随射流风速的增大逐渐提高且风幕形成度越好,同时形成旋转的环状风速区域;射流风速随扩散距离沿流向迅速衰减,出口射流风速具有较高的衰减率规律,相似实验与数值模拟具有较好的相似度;最佳控尘射流风速为30m/s,测点1全尘浓度由433.9 mg/m3降至161.4 mg/m3,呼吸性粉尘由135.5 mg/m3降至55.3 mg/m3,测点2分别降至121.4mg/m3和30.3 mg/m3,气动旋转射流风幕单独用于控制掘进工作面的粉尘污染时,其控尘性能较低。     

垂直溜井贮矿段放矿中矿岩运动速度变化特征

为研究溜井贮矿段放矿过程中矿岩颗粒运动速度变化特征,采用颗粒离散元数值模拟方法,进行了垂直溜井贮矿段放矿试验,分析了溜井贮矿段放矿过程中整体矿岩速度分布及个体速度变化过程。结合时均化分析方法,讨论了矿岩经过筒仓和放矿漏斗时的时均速度变化特征。研究表明：溜井贮矿段放矿过程中矿岩颗粒的瞬时速度始终处于波动状态,其波动特征表现为0～4.0 s内大振幅、波峰波谷明晰;4.0～16.5 s内振幅较小、呈周期性变化;16.5～20.0 s内振幅较大且波峰波谷平均值随时间增长而增大、速度呈明显增长趋势。在筒仓部分矿岩颗粒时均速度接近于恒定,不随放矿时间变化,越靠近筒仓中心线矿岩时均速度越大,到达放矿漏斗所用时间越少;在放矿漏斗部分矿岩颗粒时均速度随放矿时间增加而增大,同时越靠近井壁,时均速度越小,颗粒经过放矿漏斗部分的时均速度明显大于经过筒仓部分的时均速度。     

基于正交试验的双风机并联机站结构参数优化

为了提高矿井机站的通风效率,以机站局部阻力系数最小为目标,选取机站扩散角、进风段巷道长度、收缩角和出风段巷道长度4个影响因素并设置合理水平进行了正交数值模拟试验。研究结果表明:在风机间距、粗糙度等因素一定的情况下,影响机站局部阻力系数因素的主次顺序为扩散角、收缩角、进风段巷道长度和出风段巷道长度;随着巷道风速的变化,机站最优结构参数是不同的;当巷道风速为1.2~1.5 m/s时结构最优组合为扩散角60°、收缩角30°、进风段巷道长度9 m、出风段巷道长度6 m;在风速为1.5~2 m/s时出风段巷道长度选择10 m机站局部阻力系数较小。     

似膏体管输弯管段浆体流动的数值模拟研究

 摘要:论文对似膏体充填料浆在管路输送的弯管段动态特征进行了数值模拟的研究,确定了似膏体料浆相关物理参数,选择了适合似膏体料浆的管输数学模型,利用FLUENT模拟获得了弯管段压力场、速度场的分布特征,并将模拟结果与理论计算进行了对比分析。研究结果对似膏体管路输送实验和实践有一定的指导意义和实用价值。     

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。     

基于巷道风流分布规律的风量计算

通过对模拟巷道风流分布规律进行研究,指出风流受巷道壁的黏滞作用,靠近巷道边壁处风流速度较小,越靠近巷道中心区域风速越大,而这种变化趋势在高、中、低风速条件下基本一致;同时研究以风速V(x)为目标函数值,以距巷道壁距离为变量x,对三种风速条件下试验数据进行曲线拟合分析,并得出相应的回归方程,依据此方程构造相应的积分方程计算出巷道的实际风量值,结果显示风量计算值与实际测定值之间存在约15%的误差,该误差在实际通风测定时应予以考虑。     

均压灭火自动监测与调节系统中风速传感器显示值修正系数的确定

根据风速传感器的功能及巷道断面风速分布规律，讨论了均压灭火自动监测与调节系统中几种典型巷道断面风速传感器显示值修正系数的确定问题。正确的确定将会提高风速传感器在系统中运行的精确性和可靠性。     

离散元模拟技术在带式输送机中的应用

根据离散元法理论及带式输送机转弯处物料的状态,建立了带式输送机转弯段的离散元模型。模型中利用非线性Hertz Mindlin接触模型,块状颗粒采用4个基本球单元组合形式,模拟了不同带速时的料流运动,测试了4种带速下的输送带外侧、带中央所受的平均压力和最大压力;2组不同颗粒、4种不同滚动摩擦因数下的颗粒平均速度;匀加速旋转时的料流运动情况。结果表明,颗粒平均速度与计算的带速完全相符,而颗粒平均速度与颗粒单元、滚动摩擦因数无关;匀加速旋转模拟时,随着速度的增加物料逐步向外滚翻。