U型通风采空区气体微流动场模拟研究

摘要

本文以多孔介质流体动力学、高等渗流力学以及计算流体动力学为基础，针对采区通风动态特性与U形通风采空区气体微流动耦合的基础问题展开研究。本文采用相似模拟和数值模拟相结合的方法对采空区微流动场进行了研究。
　　利用相似模拟材料进行了多孔介质流动实验，获取了陶粒填充在不同口径方管中的气体流动特性，为采空区流场实验提供了理论基础。利用采空区相似模拟实验台进行了采空区流场实验，结果表明：(1)示踪气体的流动规律是由工作面流向进风侧采空区，再由进风侧采空区流向回风侧采空区深部，最终在回风侧采空区深部聚集；(2)进风侧风流的射流惯性会使示踪气体在该侧采空区深部聚集，回风侧风流会对示踪气体存在一个卷吸作用，使回风侧采空区的示踪气体浓度较低。
　　基于采空区流场实验台的原型建立了尺寸相同的物理模型，并利用flue nt软件进行了数值模拟计算，得到了采空区示踪气体浓度分布图、采空区气体速度分布图、采空区静压分布图，结果表明：数值模拟中示踪气体浓度分布与采空区流场实验中示踪气体浓度分布规律基本保持一致，有效验证了相似模拟实验的准确性。
　　为了研究工作面两端压差对采空区气体微流动的影响，基于相似模拟实验的数学模型，以实际采空区为研究对象，建立采空区物理模型，利用flue nt软件进行了不同工作面压差下采空区气体微流动场的数值模拟计算，得到了采空区静压分布图、漏风流线图、漏风速度分布图、瓦斯浓度分布图、氧气浓度分布图，分析了工作面压差对采空区微流动场、采空区自燃“三带”、采空区瓦斯危险区域以及采空区氧气浓度场的影响。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容、目标及技术路线

第2章 采空区气体流动理论

2.1 采空区漏风流动规律与多孔介质的性质

2.2 采空区冒落特征与采空区微流动模型

2.3 采空区微流动特征及影响因素

2.4 本章小结

第3章 多孔介质流动实验与采空区流场实验

3.1 多孔介质流动的理论基础

3.2 多孔介质流动实验

3.3 多孔介质流动实验结果与分析

3.4 采空区流场实验

3.5 采空区相似模拟实验结果与分析

3.6 本章小结

第4章 采空区微流动场数值模拟

4.1 数值模拟的目的

4.2 Flue nt中的多孔介质模型

4.3 数值模拟基本控制方程

4.4 基于采空区流场实验台的数值模拟研究

4.5 压差对采空区气体微流动场的影响

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的论文与科研成果清单

致谢