基于Fluent的独头巷道通风降温的数值模拟研究

基于独头巷道的特点和有限空间的受限贴附射流理论,建立了独头巷道压入式受限贴附射流通风降温的数学模型。采用Fluent软件对入风流在巷道内速度场的分布及在不同风速下巷道内的温度场的分布进行数值模拟。结果表明在风速为5m/s,送风温度为25 ℃时,较好的改善了巷道内的热环境。     

独头巷道附壁射流通风流场数值模拟研究

基于流体动力学和射流理论，建立了独头巷道压入式受限附壁射流通风的紊流κ-ε数学模型，分析了计算边界条件，并结合实际应用Phoenics3．4计算流体动力学软件模拟了独头巷道射流通风三维流场，得出了独头巷道有限空间受限附壁射流通风典型截面的流场规律．模拟计算结果表明，独头巷道压入式通风流场可分为附壁射流区、冲击射流附壁区、回流区和涡流区．数值模拟与实验结果相符，为研究独头巷道风流传质过程、瓦斯运移规律及通风排污效率等提供了理论基础．     

受限射流结构参数对通风流场影响的数值模拟

采用流体力学软件对掘进巷道工作面的通风流场进行了模拟研究,分析了风筒出口位置、出口风速、风筒出口距工作面距离和掘进巷道断面宽高比等掘进巷道受限射流结构参数对流场的影响。结果表明:风筒出口位于掘进巷道顶角利于增大射流的有效射程;在相同的风筒出口直径下,风筒出口风速对掘进巷道受限贴附风流中心轴线速度变化的影响不大;在风流有效射程范围内,风筒出口距掘进巷道迎头端面的距离对流场的影响不大;掘进巷道断面宽高比越大,对射流的贴附效应越好。     

掘进巷道壁面粗糙度对受限贴附紊动射流的影响

由于巷道壁面粗糙度对贴附紊动射流起始段与主体段有较大影响,根据贴附射流理论,通过FLUENT软件数值模拟,分析在巷道壁面粗糙度厚度不同及粗糙度不均匀的情况下,贴附紊动射流运动特征及对掘进巷道内通风流场的影响。结果表明:巷道壁面粗糙度厚度对受限贴附紊动射流的起始段影响较小,对主体段影响较大,随着粗糙度厚度增大,主体段的轴心速度减小越快,低风速区厚度增大,在回流区易形成涡流区;随着粗糙度不均匀性增加,巷道内涡流区增大。数值模拟结果与理论分析结果相符,为研究掘进巷道风流传递过程、粉尘与瓦斯运移规律等提供了理论基础。     

独头巷道的抽出式通风

<正> 巷道掘进时采用抽出式通风的优点是:放炮后独头巷道中的炮烟经风筒抽出,新鲜空气则沿巷道流入工作面,在整个通风过程中,除炮烟抛掷带而外,巷道中的空气不受污染。因此,对于较长的独头巷道采用这种通风方式是有利的。但是,这种通风方式也有它的缺点:风筒吸入口附近的风速随远离入口而急剧降低,因此借风速直接排出炮烟的有效作用范围远比压入式的有效范围小,而想要用最小     

掘进工作面射流通风流场研究

掘进工作面压入式通风实际上是有限空间的受限贴附射流通风． 根据流体力学和射流理论, 分析了掘进通风射流产生过程及掘进工作面压入式通风风流结构． 风流从圆形风筒射入掘进工作面形成射流区和回流区． 给出了回流区平均速度、最大回流速度及射流作用距离的计算模型, 为掘进工作面合理有效通风提供了新的理论依据．     

压入式掘进巷道风流粉尘运移规律及最佳压风量研究

掌握巷道内风流场局部特征和粉尘运移规律是解决巷道粉尘严重污染问题的理论前提。本文运用数值模拟与现场实测相结合的方法,利用FLUENT数值模拟软件对掘进巷道单压入式通风条件下的风流流场分布及粉尘运移规律进行了研究,并通过改变压风量得到了通风控尘效果最佳压风量;最后,通过现场实测验证了模拟结果的准确性。结果表明：掘进巷道在单压入式通风条件下,风流场可分为射流区、涡流区、回流区3个区域,其中风流速度变化在流场中主要呈现为射流区风速衰减较快,涡流区风速较小,回流区风速衰减较慢;粉尘运移过程中受风流影响较大,回流侧的粉尘质量浓度高于风筒侧,质量浓度超过350 mg/m³的粉尘主要集中在掘进机前方、涡流区域及回流侧;提高风筒压风量在一定程度上可以提高通风控尘的效果,但压风量过大会造成巷道内二次扬尘,当压风量为1 400 m³/min时,控尘效果最佳。     

巷道交叉对风流稳定影响的模拟分析

为研究矿山井下巷道交叉对巷道中风流稳定的影响,采用数值模拟的方法,建立相关的矿山巷道交叉模型,并利用Fluent软件对模型进行模拟计算,分别以巷道交叉入口风速为1m/s,3m/s,13m/s为例,对3种不风速下交叉巷道的风流流场进行模拟,得到各风速条件下的巷道风流分布云图及静压云图。结果显示,巷道交叉对巷道风流分布影响明显,风流入风端在靠近巷道交叉口时,会出现中心风速变大、两侧风速变小的现象,经过巷道交叉口且入风端巷道方向一致的巷道风流受扰动距离最小,与入风端垂直交叉的巷道受扰动最大,而入风端的风速大小对经过巷道交叉的风流分布无明显影响。研究结果为矿山井下通风系统监测点布置提供理论指导,对提高相应条件的通风监测准确性具有重要意义。     

煤矿掘进巷道风筒附壁距离对风流场的影响

以柠条塔矿s1200-Ⅲ掘进工作面为对象,利用流体力学FLUENT软件建立有限元模型,并对风筒不同附壁距离进行模拟分析和现场实测验证。由模拟可知:风筒附壁距离对受限贴附紊动射流起始段影响程度较小,对主体段影响程度较大,对速度变化幅度影响也较大,通过调整附壁距离可以调整风流速度;同时对巷道内涡流也有一定影响,随着附壁距离逐渐增大,巷道内涡流区域逐渐减少,当增加到一定值后,随着附壁距离增加,巷道内涡流区域反而逐渐增加。     

瓦斯积聚范围对独头巷道瓦斯爆炸冲击波破坏特征与传播规律的影响

为研究独头巷道内不同长度瓦斯积聚区的爆炸特征,运用计算流体力学软件FLACS进行了数值模拟,对比了瓦斯爆炸超压及正压冲量等参数及其在巷道内的分布情况,分析了瓦斯积聚范围对爆炸冲击波破坏特征的影响规律,研究了独头巷道内不同长度瓦斯积聚区爆炸冲击波与火焰相互作用的特点。研究结果表明:随着独头巷道内瓦斯积聚范围的增大,爆炸冲击波破坏特征会发生突变,最大爆炸压力阶梯式增大,瓦斯积聚范围超过某一临界值后,最大爆炸压力出现位置从巷道封闭端向开放端转移;最大爆炸冲量先单调增加而后趋于稳定,最大爆炸冲量位置始终处在巷道封闭端;回传稀疏波对火焰的加速作用是导致巷道近开放端爆炸超压突增的主要原因。     

掘进巷道强化通风与射流通风流场的试验研究

针对冬瓜山铜矿掘进工作面通风和降温要求,进行了掘进巷道强化通风设计和现场试验。现场试验表明,强化通风缩短了排炮烟的时间,提高了工作效率,使作业环境明显改善。研究还表明当巷道的宽高比越大,更有利于工作面通风。局扇通风试验的污风再循环系数R为0.366,表明局扇通风排炮烟效果较好。     

综掘面粉尘场数值模拟及除尘系统研制与实践

为了解决矿井综掘工作面高浓度粉尘问题,结合矿井综掘工作面产尘特点,在对综掘工作面通风系统进行流场分析后,利用FLUENT软件,对综掘工作面粉尘场进行数值模拟,并分析了粉尘浓度分布规律,依据湿式振旋除尘原理,设计了综掘工作面附壁风筒封闭式除尘系统,并在枣庄矿业集团高庄煤矿3上1101轨道巷综掘工作面进行了现场应用。结果表明,矿井综掘工作面的全尘和呼尘的平均降尘率为93.0%和92.3%,取得了理想的降尘效果。     

基于Fluent的掘进工作面通风热环境数值模拟

基于计算流体动力学和矿井通风理论,建立掘进工作面通风的k-ε紊流模型,导出描述掘进工作面风流紊流流动和温度分布的微分方程。通过分析掘进巷道模型的边界条件,利用Fluent软件模拟压入式通风的风流与巷道围岩和机械设备散热的热湿交换过程,采用TECPLOT软件进行后处理,显示不同供风量下的速度矢量图和风流温度变化。模拟结果表明,增大供风量可以降低巷道温度,但供风量过大,降温效果越来越不明显,仅依靠通风方式无法改变高温现状。     

全岩机掘面压风空气幕封闭除尘系统的研究与应用

分析了掘进工作面压风空气幕的形成机制,并采用k-ε双方程模型建立了单相风流流动的数学模型,基于同位网格的SIMPLE算法,利用FLUENT软件对全岩机掘面压风口距掘进头不同长度时形成空气幕的状况进行了数值模拟,结果显示,随着压风口距掘进头长度的增大,压风形成覆盖巷道整个断面空气幕的能力不断增强,压风口距掘进头30 m时,在距掘进头约8.7 m的位置即可形成1.62 Pa的空气幕,是形成压风空气幕的最佳距离。设计了压风空气幕封闭除尘系统,在唐口煤矿南部回风大巷全岩机掘面试验了该系统压风口距掘进头分别为10,20,30和35 m时的除尘效果,数据表明,应用4种方式后,现场的粉尘浓度均有了明显降低,尤其压风口距掘进头30 m时,效果最为明显,全尘和呼尘的降尘率分别高达95.1%和96.1%,这与数值模拟结果一致。     

金属矿山独头掘进巷道降温试验

金属矿山独头掘进巷道制冷系数是计算独头掘进巷道降温需冷量非常重要的参数之一,关系到能否达到预期降温效果及影响着降温工程的的经济投入。利用“金属矿山深部开采降温试验系统”分别模拟通风降温、加大风量降温、制冷降温、加大制冷降温4种条件下独头掘进巷道的降温过程,并分析独头掘进巷道降温效果,在通风及加大风量降温后,独头掘进巷道内温度先下降然后趋于稳定,再也无法下降,只有通过制冷措施,对独头掘进工作面进行降温。通过监测数据的焓差值计算出降温制冷系数,同时利用多次试验得出制冷系数范围在1.38~1.68,进而为独头掘进巷道降温设计提供设计依据。     

综掘工作面粉尘浓度分布的数值模拟

针对矿井掘进工作面的特点,建立了与现场实际较符合的掘进巷道数值仿真模型;根据气固两相流理论,采用计算流体力学的离散相模型对长压短抽式通风掘进巷道中的粉尘运动规律进行了数值模拟,得出长压短抽式通风掘进巷道中粉尘质量浓度的分布规律:工作面附近区域的粉尘质量浓度较高,然后沿程逐渐降低;距离压入式风筒另一侧煤壁越近回风侧空间内的粉尘质量浓度越高。     

掘进工作面局部通风参数对瓦斯分布影响研究

为了研究矿井掘进工作面瓦斯异常涌出时局部通风参数对于瓦斯分布的影响,利用Fluent软件,建立了巷道三维模型,分析不同通风参数时掘进巷道瓦斯分布情况.研究结果表明:初期瓦斯积聚在巷道底部,在风流和浮力作用下瓦斯向出口和上方运移,风流稳定后,瓦斯积聚在掘进迎头附近下部,后方瓦斯分布较为均匀;风筒布置位置对于回风流瓦斯浓度...     

基于事故树分析的煤矿掘进面瓦斯爆炸危险评价研究

基于掘进面瓦斯爆炸原理与事故致因理论建立了掘进面瓦斯爆炸事故模型,并在此模型和瓦斯爆炸危险源分类基础上建立了掘进面瓦斯爆炸事故树模型,提出了基于事故树分析的掘进面瓦斯爆炸事故的定性分析方法。以黑龙江某矿7256掘进面为例,建立了该掘进面的瓦斯爆炸事故树模型,并对该事故树求最小割集和最小径集,评价了该掘进面引起瓦斯爆炸的主要因素,并提出了防治措施。研究结果表明,有120种可使7256掘进面发生瓦斯爆炸的基本事件组合,防止该掘进面瓦斯爆炸的有效途径是加强通风管理,防止掘进面风量不足,加强放炮和设备检修时的安全管理。提供了一种基于基本事件的模糊概率计算顶事件概率的方法,为定量分析提供了一种简便、可靠的方法。