基于FDS的矿井巷道火灾烟气致灾的数值模拟

巷道火灾时期,烟气流动受各种因素影响复杂多变,为研究火灾期间烟气扩散规律及致灾特性,基于FDS对"L"型巷道进行数值模拟,同时参考《煤矿安全规程》规定风速,重点模拟1.92 MW和2.7 MW火源功率下,0.25～2.1 m/s风速内巷道火灾烟气蔓延和温度分布变化情况。结果表明:火源功率和风速对烟气扩散影响较大,下风侧排烟速度与火源热释放速率值和风速正相关。由于存在临界风速,热释放速率与上风侧烟流滚退存在差异性关系。风速过低时,上风侧烟气扩散速度取决于大火源功率;当风速提高到临界风速,火源功率对烟气逆流速度与距离影响减小甚至消失。巷道温度受火源功率和风速影响变化一致,温度自巷道火区向两侧递减,但大火源功率巷道温度整体高于低火源功率。     

基于移动火源的隧道拱顶温度分布规律实验研究

为掌握行进中的着火机动车对隧道拱顶温度场分布的影响规律,以公路隧道为原型建立了1∶20小尺寸实验系统,在隧道自然通风条件下,模拟了移动火源以0.5,0.8和1.0 m/s等不同速度在隧道中行进、停止直至熄灭的火灾过程。研究了移动火源进入隧道后的隧道温度场及火灾过程中隧道拱顶沿纵向温度分布特征、测点温度峰值及梯度变化等规律。研究结果表明：① 当火源行进速度为0.5 m/s时,燃烧更加充分,隧道拱顶温度达到峰值,比其余两组高40和50 ℃;② 移动火源的存在,打破了顶棚射流拱顶热烟气与下部冷空气的对流循环动态平衡,减弱了热对流效应,使得隧道内温度降低更缓慢。     

倾斜角度对巷道输送带火灾影响的数值模拟研究

为研究倾斜角度对巷道输送带火灾温度分布及烟气蔓延的影响规律,采用FDS模拟软件建立巷道模型,研究0.5、1 MW火源功率下,不同倾斜角度对巷道顶棚温度分布和衰减规律、输送带火灾燃烧特性以及烟气蔓延的影响。结果表明：上行通风时,巷道倾斜角度越大,同一位置顶棚温度越低,顶棚温度变化呈指数式衰减,衰减系数k与倾斜角度为线性相关关系;相同火源功率下,倾斜角度越大,输送带燃烧距离越长;随着巷道倾斜角度增加,烟气逆流长度逐渐减小,倾斜角度由0°增加到10°,0.5 MW火源功率下烟气逆流长减小0.9 m,1 MW火源功率下烟气逆流长度减小0.8 m。     

基于网络模拟的地铁火灾时期控风有效性研究

分析了地铁通风系统中站台区域和隧道区域的网络简化方法,构建了地铁通风网络模拟数学模型。以某市地铁1号线为例,模拟分析了站台火灾和隧道火灾2种情形下多种控风方案的效果。站台火灾方案模拟结果表明站台发生火灾后,对火源相邻隧道内风机采取控风措施、相邻另一站台内风机不采取措施的效果可以达到规范规定的要求,烟气控制效果良好。隧道发生火灾后,在临近火源的站台和区间分别采取送风和排风方式进行风流控制可以有效地阻止烟气蔓延,并达到规范规定的风速要求。     

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。     

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。     

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。     

上行风流火灾3D矿井通风系统灾变过程仿真

以有源风网矿井通风和火灾研究新成果为理论基础,建立了矿井火灾时期矿井通风系统灾变过程的数学模型,用MATLAB语言编制了可视化仿真程序TF1M(3D)。结合典型矿井的上行风流火灾实例,从矿井尺度上,实现对火灾时期风流运动、火灾蔓延时的烟浓度与温度分布,以及通风系统变化的动态模拟。模拟分析得出,矿井上行风流火灾发生时,随着火势的增强,火源主干风路风量增加,导致过流通风,火源旁侧支路出现风量降低-停滞-进而风流逆转的变化;受火灾燃烧动力（火风压）的驱动,过流与逆流的风量变化具有一致对称性;在复杂网络中,旁侧支路会有次序性地发生风流逆转。从矿井宏观尺度上,火灾时期通风系统发生的一系列变化,都是在通风动力与火风压相互作用下产生的;也导致矿井系统总风阻的动态飘移。TF1M(3D)输出的技术参数信息量大,现象直观,动画效果好,为深入分析矿井火灾搭建了性能优良的仿真平台。     

永川煤矿通风系统优化的降温效果分析

为了从通风系统优化的角度来分析高温矿井采煤工作面的降温效果,从而论证增风降温的可行性,采用FLUENT软件数值模拟和风温预测程序预测2种方法,分析了永川煤矿采煤工作面低风速状态下(2.6 m/s)和极限风速状态下(4.0 m/s)工作面的风流温度变化情况,得出在风量较小、风速较低(3 m/s)的情况下,增加风量对改善工作面的气候条件有明显的效果;当风速在3.1~3.8 m/s之间时风量已经接近限值,增风降温的空间不大。此时增加风量对风流温度的影响基本上可以忽略,只能通过机械制冷降温的方式解决工作面的高温热害问题。     

煤矿井下爆炸烟气动态稀释规律研究

煤矿井下瓦斯爆炸后会产生大量有毒有害的高温烟气,在未引起火灾或二次爆炸的情况下,这些烟气会在矿井通风的影响下,其浓度、温度呈一定规律不断下降,直至趋近于井下正常风流。将爆炸后烟气区看作一“衰变火源”,通过分析烟气稀释的实际情况建立了“火源区域”烟气稀释的物理模型,并分两个阶段分别推导出“火源区域”释放出的烟气浓度、温度随时间变化的规律,为进一步利用MFIRE火灾模拟软件对爆炸烟流稀释的网络模拟提供技术基础。     

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...     

矿井火灾应急救援系统的数值模拟及应用研究

为了应对矿井主进风巷道火灾造成的灾难,研究进风巷胶带及电器电缆火灾发生后烟流在通风系统中的扩散运动,建立矿井火灾应急救援系统,通过预设多组可远程监控的风门,在两主进风巷联络巷之间设立常开风门,进回风巷联络巷之间设立闭锁风门;灾变时通过远程控制常开风门关闭,闭锁风门打开,阻止烟流进入采区人员集中的地点而将其导入回风巷.建立数学物理模型,利用火灾动态模拟软件FDS进行数值模拟,对比启动应急救援系统前后的火灾烟流运动路径变化;模拟点火源与线火源条件下,火灾蔓延、烟流运动及温度分布规律,以指导地面对井下烟流的监测与控制,证明应急救援系统的实用性和可行性。     

矿井火灾巷道通风热阻力计算与实验研究

针对火灾时期矿井巷道通风热阻力计算问题,对风流温度-密度变化的通风巷道,推导出一种规范表达计算式。指出从广义的通风原理上,火灾时期的风流(热)阻力仍然包括摩擦阻力和局部阻力,同时还包括火燃烟气这一外来风源的附加阻力。新公式将通风阻力计算按巷道与流体“固-流双质”特性来表达,引入巷道几何风阻的概念,几何风阻是指巷道本身的阻力特性,与流体无关,它包括摩擦风阻和局部风阻两部分。从概念上,新公式对热阻力的本质有明确的辨析,在计算和分析上避免了容易出现的错误,由此推导出高温烟流通风阻力与火灾温度成正比。为了验证这一热流阻力效应,设计了一个实验管道装置,实验测定了热阻力随温度的变化,实验结果与理论推导结论相吻合。利用该实验装置还成功分离出了外源烟气流的附加阻力,实验结果表明,外源阻力完全是燃烧过程的物理映像,给出了有火灾外源气体参与热阻力贡献的实用算法。     

巷道截面突变对烟气蔓延的影响数值模拟

为了研究矿井巷道截面突变对烟气蔓延过程中烟气蔓延至进风口、出风口的时间以及温度的影响,基于Pyrosim火灾模拟软件建立不同巷道倾角、巷道突变段长度以及不同巷道突变位置的数值模型,并在不同空间位置设置能见度、温度、烟气蔓延测点。模拟结果表明:随着巷道倾角增加巷道突变对烟气蔓延的抑制作用降低;火源强度越高,巷道突变对烟气蔓延至进风口时间的抑制率提高;而对烟气蔓延至出风口时间的抑制率降低。巷道截面突变段长为10 m且距离火源50 m时,巷道截面突变对烟气蔓延的影响最大。     

矿井T形巷道火灾烟流控制方法研究

通过建立T形矿井巷道模型,使用Fluent软件模拟巷道起火后的烟气流动,研究巷道端口不同给排风组合对火灾烟气中CO、温度及排烟量的影响.结果分析表明:火灾发生时,由于外部风流加剧烟气逆流,短时间内热量集中累积,给风口一侧的巷道烟气体积分数与温度起伏不定或缓慢降低;单巷道供风的控制方法要明显优于双巷道供风.假设垂直巷道存...     

复杂矿井火灾烟气蔓延三维仿真研究

为研究灾变发生对矿井的影响,以通风系统三维仿真模型作为平台,基于通风网络解算模型和烟流蔓延参数模型,分析了风速、风向、火灾温度和烟流浓度的动态变化,实现对火灾时期风流运动、火灾蔓延时的烟流浓度分布的动态模拟,并将其在三维平台上展示出来。并以国内某复杂矿井为例,探究火灾发生时烟气蔓延情况。研究结果表明,选取复杂矿井为例进行建模及火灾点设置,模拟了烟流的影响范围和到达时间,验证了三维平台的可靠性;通过模拟得到,上行通风火灾风流紊乱会造成旁侧支路风流逆转,而且相邻采面经历了风量逐渐减小、停止和反向的变化,烟流会通过2个回风巷道排出,污染多个回风巷道。     

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。     

框架式平衡风门在高河煤矿的应用

为保证煤矿井下通风系统稳定,井下巷道在贯通前,必须提前在相关巷道构筑风门。若贯通点构筑永久风门,构筑前期系统稳定,但随着巷道的掘进,矿山压力逐渐显现,会出现风门变形、墙体压裂等现象,影响系统稳定性;且贯通点位于巷道末端,辅助运输设备无法将永久风门材料运输到位,造成人工运输,增加劳动强度。若用传统木风门构筑,掘进机贯通后在联巷内回撤时,导致联巷内木风门需逐道先拆除、后恢复,费工费料,且不能有效保障通风系统稳定。为此,高河矿提出了用框架式平衡风门替代永久风门,实现联巷之间风流阻断,既保障了通风系统稳定,又解决了矿山压力损坏永久风门的材料浪费等现象,具有较强的推广前景。     

矿岩自燃发火巷道烟气流动的数值模拟及评价

利用矿岩自燃发火巷道烟气流动所遵循的控制方程, 对烟气流动特性进行数值了模拟。通过模拟计算得出了发火巷道内烟气流动的速度场、温度场详细分布情况。并采用预计热舒适指标(PMV)、预计不满意百分比(PPD)对巷道中的空气质量进行了评价。利用模拟计算结果, 可以为铜坑矿地下火和毒气蔓延的控制以及火区特大事故应急救援预案的制定提供技术依据。