基于FDS的掘进巷道火灾火区封闭数值模拟

为了研究掘进巷道发生火灾封闭后的内部情况,采用FDS数值模拟研究了火区内各参数的变化规律,包括Co浓度,o2浓度,风压变化,温度变化等,研究表明,火源附近Co最大达0.2%,火区封闭前最大风压为23pa,封闭火区后风压骤增,最高达650pa。     

矿井巷道火灾蔓延规律的数值模拟研究

为研究巷道火灾的蔓延规律,以实际巷道为基础,建立了尺寸为100 m×4 m×3 m的FDS模型,模拟火灾发生时巷道内烟气的运移规律、能见度及温度场的分布情况。结果表明:风速没有达到阻止烟气逆流的临界风速,在火灾发生后烟气很快向上风向逆流;烟气所到之处温度和能见度均远超人员存活的最低要求。     

辐射换热对巷道中火灾烟气流场的影响

根据火灾巷道的具体边界条件和烟气传播介质特性建立了辐射换热的热流传输方程，对巷道中火灾烟气流场的能量传输方程进行了修正，得出在矿井巷道火灾烟气流场的理论计算中，辐射换热是不可忽略的重要因素，可为矿井灾变时的救灾决策提供更为准确的科学依据．     

矿井火灾巷道烟气流动场模型

矿井火灾时期, 火源巷道内高温烟流运动为三维非定常的流动及传热传质过程。从化学流体力学基本方程组出发, 在一定简化与假设条件下, 建立了进行火源巷道烟气流动计算机模拟研究的场模型, 给出了模型求解的初始及边界条件, 简要介绍了模型的求解方法, 并结合工程实例, 得出结论。     

深部开采巷道内流固耦合换热的数值研究

为了研究深部开采巷道内流固耦合换热过程,采用计算流体软件FLUENT对该过程进行了数值模拟,并利用正交试验和单因素试验方法,探讨了通风温度、围岩壁温、隔热层厚度、巷道长度以及通风速度等因素对巷道降温效果的影响。正交试验结果表明,各因素对巷道降温效果的影响大小排序为入风温度壁温隔热层厚度巷道长度风速。单因素试验结果表明,隔热层厚度和巷道终点温度之间呈负幂指数关系,壁温、风温和巷道温度之间呈现出正线性关系。利用SPSS软件对数值试验的结果进行了分析,得到了巷道出口温度与上述因素间的定量关系式,为工程设计提供了有效的参考依据。     

矿井巷道火灾烟气运动模拟研究

采用区域模拟的方法,对矿井巷道火灾烟气运动进行动态模拟,迅速准确地掌握矿井火灾烟流状态及烟流的分布状况。并利用实验结果对模拟结果进行验证,证明矿井巷道火灾烟气运动模拟结果的正确性。     

高温矿井巷道风流对流换热相似实验研究

运用模型实验相似理论,推导出高温矿井巷道风流对流换热原型和模型之间的相似判据,建立了高温矿井巷道风流对流换热的实验系统。测量并分析了不同巷道壁温、不同入口风速以及入口温度对对流换热系数的影响;利用相关分析的方法,分析了巷道壁温、入口风速和巷道平均风流温度对对流换热系数的影响程度,得到各因素对对流换热系数影响程度,按从大到小的顺序为巷道平均风流温度、入口风速及巷道壁温;其中,巷道平均风流温度和入口风速均与对流换热系数呈正相关,而巷道壁温与对流换热系数呈负相关。基于对各影响因素的分析,得到了高温矿井巷道风流对流换热实验关联式,该关联式可以在实验范围内计算实际矿井风流的对流换热系数。     

回采巷道煤层中塑性区分布的数值模拟及分析

利用ADINA对具有巷道典型破坏的邯郸亨健煤矿2201回风巷进行巷道破坏数值模拟，得出了巷道达到稳定状态时，所需要的两帮的约束力。然后利用理论分析公式，根据实地测量数据，计算出巷道达到稳定时所需要的两帮约束力的解析解，并将二者进行了比较分析，得出数值模拟的约束力和位移与理论分析的两帮应力、实地测量的两帮位移的误差在10％以内，为巷道设计与加固提供了新的方法。     

综放回采巷道锚网支护的模拟研究

阐述了用实验室相似材料模拟的方法,对综放回采巷道的矿压显现特点以及支护参数进行了模拟试验研究,获得了不同支护方式和不同参数下的巷道变形规律,对综放回采巷道锚网支护参数的确定具有指导意义。     

巷道火灾时期烟流参数变化规律模拟分析

本文以实际煤矿采区进风系统为原型,按照流体相似原理,建立了矿井巷道火灾模拟实验系统,然后利用GAMBIT软件建立实验巷道的物理模型,采用Hex/Wedge-Cooper方法进行体网格的划分,对初始条件和边界条件进行设定和处理,最后将巷道火灾火源简化为一个固定体积的稳态高温热源,采用FLUENT软件,针对不同的巷道入口初始速度,分别模拟分析火灾巷道烟流温度场、速度场、密度场和压力场的变化规律和分布情况。研究结果表明:火灾发生后,巷道烟流扩散范围逐渐增大,温度逐渐升高,在火区附近温度最高;烟流速度从巷道入口处到出口处逐渐降低,在巷道交叉口处由于存在局部阻力和节流效应,烟流速度会大大降低;烟流密度从巷道入口处到出口处逐渐增大,在通风情况不好的巷道,烟流密度会更大,且巷道顶部烟流密度要小于巷道底部烟流密度;烟流静压总体升高,但在巷道出口处烟流压力最低。     

矿井扩散塔喷淋换热装置热质传递模型及参数优化

针对矿井扩散塔喷淋换热装置的能量回收问题,建立了空气-水之间的传热传质数学模型。利用四阶龙格-库塔方法,进行了传热传质的数值计算,分析了装置结构参数、工质初始状态参数对装置换热的影响,结果表明:装置内部换热以潜热为主,且装置底部潜热交换越充分,装置热回收率越高;对装置换热效果的影响,按装置计算高度、液滴粒径、迎面风速、水汽比和液滴初速度的次序,依次下降;迎面风速对装置换热效果有较大影响,应控制迎面风速,避免风吹水损失和实现充分的热质交换。     

PSO－RBF神经网络在导水裂缝带高度预测中的应用

水体下采煤留设保护煤柱时,导水裂缝带高度的选取直接关系着煤矿的安全开采问题。为提高导水裂缝带高度的求取精度,在综合分析导水裂缝带高度的主要影响因素的基础上,本文选取了6个主要影响因素作为输入层神经元,并将POS算法和径向基(RBF)神经网络有机结合,构建了基于PSORBF神经网络的导水裂缝带高度预测模型。经过25组实测数据的学习训练和检验,验证了预计模型的可靠性。结果表明:与实测结果相比,预计结果的相对差值最大为7.43%,最小为1.41%,满足沉陷工程的精度要求。     

热害矿井掘进工作面换热特性

为量化热害矿井掘进工作面的换热特性,根据其通风和换热特点,以掘进工作面冲击射流换热系数的影响因素关联式为基础,结合工程实践中常见参数对换热系数影响因素进行了1∶1的ANSYS数值模拟试验和1∶3的室内相似模拟实验。结果表明:模拟和实验结果在数值范围和变化趋势两方面吻合程度都较高。对数值模拟和实验结果进行回归分析,得到了掘进工作面冲击射流换热系数影响因素关联式的具体形式。数值模拟和实验结果回归分析式的相关系数分别为0.925和0.944。     

k-means和QGA优化RBF神经网络模型在导水裂缝带高度预测方面的应用

导水裂缝带高度选取精度的高低直接影响到水体下采煤系统的安全性。为准确预计导水裂缝带高度,本文构建了RBF神经网络基础模型,采用QGA量子遗传算法和K-means算法对基础模型进行优化,获得了K-means和QGA优化的RBF神经网络导水裂缝带高度预计模型。模型经过训练学习和检验,发现模型预计精度满足工程精度需求,且与PSO-RBF神经网络相比,精度更高、收敛速度更快。     

采空区氧化-升温耦合模拟相似准则及传热相似性研究

氧化升温规律是衡量采空区内自燃的重要指标。使用相似材料在室温下进行采空区升温规律相似实验是制约采空区温度场实验发展的瓶颈。根据采空区氧化升温耦合数学模型,导出了保证温度场相似比为1的相似准则,研制出了一种与煤氧化机理相似度极高的自热型相似材料,并通过DSC-TG联用实验和程序升温实验,对相似材料的放热特性、耗氧特性、活化能的变化及其与煤的传热相似性进行了实验研究。研究表明:相似材料与煤的氧化机理相似,且在室温下就开始放出大量的热,放热量可以达到煤的4.5倍,耗氧速率是煤的120倍,添加自热材料使得煤的活化能降低了20~30 k J/mol。相似材料在动态采空区实验中的应用结果表明,采空区升温规律实验值与模拟值及实测值基本吻合,可以从氧化升温耦合的角度对采空区升温规律进行模拟研究。     

掘进工作面冲击射流换热特性

针对高温矿井掘进工作面的通风和换热特点,运用量纲分析法,得出掘进工作面射流冲击换热系数的关联式,结果表明,射流冲击换热无量纲Nu与Re、巷道特征直径D、风筒直径d和风筒出口距工作面断面的距离H有关。采用ANSYS软件对特定巷道的不同风流雷诺数Re、风筒直径d和风筒出口距工作面断面的距离H的216种组合方式下的换热情况进行了模拟。模拟结果回归分析表明：当D/d为5.60时,Nu与Re,H/d之间的关系式符合Lorentzian模型;当D/d为4.20和3.36时,Nu与Re,H/d之间的关系式符合抛物面模型,相关系数R2 分别为0.882 2,0.699 0和0.875 4。     

软岩材料冻融过程中的水热迁移实验研究

研究了寒区冻融环境条件下软岩的水热迁移规律,对两种不同类型的软岩材料进行了开放系统下具有温度梯度的水热迁移实验研究.实验结果表明：不同类型的软岩材料水热迁移程度不同,试样中的石英矿物含量越高,温度场重新分布时间越长;温度梯度是水分迁移的主要驱动力,当温度梯度越大时,水分场则越快达到重新分布状态;孔隙率越高,则冻结过程越长.探讨了软岩材料的水热迁移机理及与冻土材料水热迁移的一致性与差异性.     

矿井回风余热回收用可变导热管的换热分析

针对目前矿井回风余热回收用重力热管的换热过程不可控问题,提出了可变导热管的设计应用方案。考虑热管内的不凝性气体,结合热管内部的相变传热过程,通过传热热阻分析,建立了单根可变导热管的一维换热分析模型,并进行了换热分析。结果表明:定贮气室温度的可变导热管换热效果主要由热源温度和管内的工作温度决定,可变导热管对矿井回风的调控温度区间随矿井回风和新风的温差增大而增加,调控阶段的管内工作温度基本不变。     

季冻区草炭土非线性K-G模型试验研究

季冻区草炭土是沼泽环境中植物残体在氧化分解作用下,堆积形成的含有大量未分解纤维残体的特殊土.草炭土纤维及其含量对其强度和变形特性具有重要影响,目前考虑纤维含量对草炭土强度和变形特性影响的本构关系研究还相对匮乏.K-G本构模型因其模型参数与土的体积模量和剪切模量能建立直接联系,因此在岩土工程非线性理论和数值计算分析方面广泛应用.以不同纤维含量的草炭土为研究对象,进行三轴剪切试验,研究了草炭土的应力应变曲线,得到了草炭土非线性K-G模型参数,分析了各模型参数随纤维含量的变化规律,建立了模型参数与纤维含量之间的线性函数关系.对实际公路工程建设具有一定的指导意义.     

直连绳索取心钻杆分区热处理技术研究

为了提高绳索取心钻杆的性能,对直连绳索取心钻杆的受力情况、结构特点以及传统处理工艺进行分析,提出了分区热处理的工艺。通过对两端进行热加工处理,使钻杆中间管体区域和两端热处理螺纹区域性能出现差异,提高两端综合强度的同时改善螺纹部分的受力状态,可使钻杆柱既具有高强度又兼具柔性,大幅提高钻杆机械性能以及耐磨性。其中调质硬度HRC33~38能在保证管体延伸率与正火、回火基本一致的情况下,强度提高37.7%,硬度提高40%,抗冲击性提高46.7%。调质硬度HRC38~42时,材料的耐磨性提高9.1%。更适合全液压钻机施工及深孔钻进,为钻探施工提供了钻机、钻杆配套性的优选方案。