平巷烟流滚退火烟羽流模型及其特征参数研究

为研究矿井火灾时期发生烟流滚退时火源区域烟流流动规律,分析了矿井水平巷道火烟浮羽流及顶板射流的成因和特点,并运用环境流体力学及传热学的相关理论,分析了水平巷道火灾烟流滚退规律,结合积分法建立了火烟浮羽流和顶板射流的数学物理模型。通过对滚退烟流与巷壁之间的热交换过程的分析,推导出滚退发生时烟流逆行距离的函数表达式,联合火烟浮羽流和顶板射流数学物理模型,得出求解烟流滚退逆行距离的数学方程式。     

水平巷道烟流滚退发生条件的研究

为掌握烟流滚退的发生规律，采用理论分析的方法，对水平巷道火灾的烟流滚退现象进行了研究，导出了滚退发生的条件式，并建立了２个无量纲准则。     

矿井平巷木材火灾烟流滚退理论分析与实验研究

为了研究矿井火灾产生的滚退烟流的危害,理论分析了矿井火灾后烟流发生滚退的条件及滚退特征,进行了真实巷道木材火灾实验。从烟流滚退滞止点的压力平衡和最小经验进风风速两个角度进行了烟流滚退的条件判别;基于环境流体力学、传热学和前人研究成果对滚退烟流的滚退特征数学模型进行了探讨和分析;并进行了真实矿井木材火灾实验,对相关实验数据和实验现象、烟流滚退特征数学模型进行了相互对比、分析和验证。结果表明,滚退烟流的特征参数数学模型和实验数据、实验现象吻合较好。     

矿山通风网络火灾的计算机仿真模拟

应用矿山通风网络火灾模拟软件对矿山井下的水平巷道火灾和倾斜巷道火灾分别进行了全网络的计算机仿真模拟,得出了火灾烟流侵入巷道的时间和温度、人员在通风网络中逃生的避灾路线、火灾期间烟流滚退现象发生的临界风速、烟流滚退的距离及救灾决策要点等结果。仿真模拟结果表明：该软件的计算结果可靠、界面友好、功能实用,可作为矿山防灭火工程性能化设计的重要手段。     

风量对独头掘进巷道中部顶板火灾影响研究

为研究独头巷道中部顶板火灾初期时局部通风机风量调节对人员避灾的影响,用PyroSim软件对450、675、900、1125、1350、1575、1800 m^(3)/min 7种风量工况下巷道内烟流、温度、CO体积分数和能见度的分布情况进行模拟分析。研究得出:顶板火灾烟流直接沿顶板向两端射流,无上升羽流现象,当风量低于临界风速时,烟流逆退距离和烟流厚度随风量增加逐渐减小;顶板火灾稳定后,当存在烟流逆退时,沿纵向方向,CO体积分数、能见度峰值在烟流前锋后一定区域而温度峰值在火源附近,火源上风向巷道存在高温区和环境温度区,而下风向巷道各参数整体较为稳定;在火源下方,温度随高度增加总体呈升高趋势而能见度呈减低趋势;随风量增加,巷道内2 m高处温度峰值减小、最低能见度增加而CO体积分数峰值先增加后降低,且三者峰值位置均向出口方向移动;从人员逃生角度看,通风量越大越有利于逃生,1350 m^(3)/min时即可满足逃生条件。     

火源位置对井巷外因火灾参数影响的数值模拟研究北大核心

为研究正常通风情况下巷道中不同火源位置对火烟蔓延及火灾参数的影响,研究了顶板单一火源、底板单一火源和同时位于顶底板的双火源3种工况下巷道内烟流、温度、CO体积分数的分布情况。结果表明:在烟流厚度上,底板火源和顶底板火源下游烟流沉降明显,而顶板火源无上升羽流现象,烟流更集中于顶部;在烟流逆退距离上,底板火源最短,顶板火源次之,顶板和底板火源最大,其主要影响因素为顶板最大烟流温差;在温度分布上,顶板烟流温度随与火源距离的增加而衰减,火源同时位于顶底板时衰减最快,对于上游顶板烟流温度,顶底板火灾最大,底板火灾最小,而下游则完全相反,此外三者工况下顶板火灾在2 m高处的烟流温度要低于其他2种工况;对于2 m高处CO体积分数,顶板火灾和底板火灾的浓度峰值出现在火烟前锋而底板火灾则出现在火源附近,且前两者工况下火源上游CO体积分数显著大于后者。     

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。     

矿井倾斜巷道火灾烟流运移规律研究现状与发展趋势

从理论研究、实验研究和数值模拟三方面,对矿井倾斜巷道火灾时期火风压、火区阻力、逆流层、临界风速,以及烟流参数变化规律等的研究进展进行了综合论述,指出了现有研究存在的局限性和不足,并预测其发展趋势。分析认为:应更加注重研究矿井倾斜巷道火灾时期各物理量及其相互之间的影响关系;应进一步建立大尺寸、全方位、立体化的矿井倾斜巷道火灾实验模型,且在实验过程中要同时考虑巷道坡度、可燃物种类、火源位置和强度、风速大小等因素的影响;物理建模和数值模拟时,应紧密结合现场工况条件,同时考虑巷道间的相互影响。深入研究矿井倾斜巷道火灾时期烟流运移规律,可为完善整个矿井巷道火灾理论及进行火灾救援奠定基础并提供技术支持。     

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。     

巷道区网模拟中传导换热模型的修正

为提高巷道网络火灾计算机模拟的准确性，进一步完善巷道火灾计算机模型，采用理论分析和数值计算方法，以巷道火灾网络模拟技术为基础，充分利用区域模拟基本思想和建筑多室火灾区域模拟的主体控制模型，以及该模型可以增添和修改火灾分过程模型的开放性特点，分析应用对象的初始及边界条件，对其中传导换热模型进行了必要的修正，重新解算了火源巷道中风流或烟流温度的方程式，并对模型进行了验证.     

基于Fluent的火灾时期掘进巷道烟流变化的数值模拟

采用Fluent软件对掘进巷道火灾时期进行三维数值模拟计算,并对烟流场、温度场进行分析,得出烟流变化规律及烟流在火源一定条件下发生倒流的速度范围和μ范围,为防治掘进巷道火灾提供理论支持。     

一次实际模拟火灾实验结果及分析

在断面5．4m2、长70m的巷道，模拟矿井火灾真实过程，进行了218min的火灾实验。研究了矿井火灾的燃烧过程，火区下风侧烟流温度以及火区风阻的变化，分析了火区热风阻与风速、烟流温度的关系。     

火灾时期火区下风侧巷道烟流温度场方程研究

通过传热学和热平衡原理建立火灾时期火区下风侧巷道烟流温度场方程;利用矿井巷道火灾模拟实验系统测定火灾时期火区下风侧各测点的烟流温度、密度和速度值,得出距离火区下风侧x米处烟流温度变化的实验值,同时通过温度场方程得出烟流温度变化的计算值,得出烟流温度变化的计算值与实验值变化趋势基本一致的结论。实验验证了温度场方程的可行性。     

巷道火灾时期流场及瓦斯浓度变化规律数值模拟研究

为了合理控制巷道入口风速,减少火灾的发生并降低灾害造成的损失,利用Fluent数值模拟软件对某煤矿巷道发生火灾时的流场进行数值模拟研究,探讨了不同的入口风速对火灾的速度场、温度场以及对瓦斯涌出分布的影响。结果表明:入口风速越大,对巷道内风流分布的影响越小,火焰区域速度最低,速度的纵向分布呈现出"圆弧层状"降低分布,并且圆弧顶部不同程度向下凹陷;火灾会引起巷道内瓦斯浓度增大,风速低时瓦斯最高浓度可达到瓦斯爆炸下限,造成瓦斯爆炸;风速的变化,会使"烟流滚退"的距离有较大的改变,且风速越大,巷道内排烟效果越显著。通过分析模拟结果发现,合理控制巷道入口风速对防止瓦斯爆炸和灾后巷道内烟气排放有显著作用。     

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。     

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。     

用差分法解算巷道围岩与风流不稳定换热准数

本文分析了巷道围岩不稳定温度场的导热微分方程及其无因次形式，论证了变节距差分法的计算原理和公式，给出了不稳定换热准数随傅立叶数变化曲线，计算结果证明了该方法具有快速准确的特点。     

断层对巷道附近塑性区的影响

巷道开挖之后,断层附近的岩体将产生弹塑性区.用FLAC程序分析了断层倾角、断层与巷道的几何关系、断层破碎带厚度等参数对巷道围岩塑性区的影响.结果表明:在巷道开挖的情况下,随着断层与巷道之间距离的增大,断层附近的塑性区范围变化不大;随着断层破碎带厚度增加,断层附近的塑性区范围逐渐增大.     

基于软岩巷道围岩分类的支护方案优化

针对软岩巷道难支护等问题,综合分析围岩稳定性影响因素及软岩巷道围岩控制理论,建立了软岩巷道围岩稳定性综合分类表及支护参数取值建议表;采用FLAC3D数值模拟软件,揭示了不同围岩类别的巷道在不同支护设计下围岩塑性区演化规律及变形破坏特征,优化各类围岩支护方案。根据软岩巷道围岩综合分类表及支护参数取值建议表,提出了穿脉运输巷支护与修复加固技术方案;现场监测结果表明,修复加固方案能有效控制巷道变形,该围岩分类表及支护参数取值建议表在软岩巷道支护设计与施工中具有较好的工程应用价值。     

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。