矿用空气幕阻隔风流及烟气的数值模拟研究

摘要

煤是一种不可再生能源，被誉为工业的粮食，煤炭资源的开采需要工人通过艰苦的工作来完成，由于煤矿资源在地下埋藏深度各不相同，所以通常存在两种开采方式，即矿井开采和露天开采，我国露天煤矿的储量仅占7.5％左右，矿井开采成为获取煤炭的主要方式。
　　一个矿井通风系统分为三大部分：进风部分、出风部分和供给各个工作地点的用风部分，一般情况下，进风部分和出风部分通风网络较为固定，而用风部分则经常需要根据生产发展的要求进行调整，以获得合理的通风风量。虽然在矿井通风过程中风流调节和控制的措施很多，但是常常出现效果不理想、实施成本高、管理麻烦等问题，本文中利用矿用空气幕来隔断风流和调节通风就是在此背景下研究和发展起来的，利用矿用空气幕来对巷道风流进行调节具有效率高、无污染、不影响生产等优势，因此研究矿用空气幕在矿井通风网路中的作用是很有意义的。当今，矿井火灾事故频发，给企业和国家造成了巨大的损失，甚至夺去了众多工人的生命，由于矿井特殊的环境导致了火情复杂，救援难度大等特点，研究矿井火灾时期的流场对降低事故损害，帮助人员逃生具有很大的现实意义。
　　CFD技术具有成本低、效果好、可重复进行计算等优点，已逐渐被众多的专家学者采用，本文中利用前处理软件Gambit来划分模型网格，继而采用ANSYS公司的fluent14.0软件来对矿用空气幕隔断风流、火灾流场和空气幕在火灾中的作用进行模拟研究，通过在模拟软件中选用合理的计算模型，设置正确的参数来实现模拟结果的可视化，与此同时，为了检验模拟结果的正确性，通过矿井通风理论知识来计算理论值，比较理论值与模拟结果的差值大小，进一步保证模拟结果的可靠性。本文首先模拟计算了矿用空气幕的风机型号、风机全压、出口宽度三个因素对阻风率和隔断压差的影响，结果表明，在该巷道模型和通风速度下，当风机机号为13、风机全压为600pa、出口宽度为0.76m时，空气幕的阻风率达到最大值的93.12%。其次，文章研究了在该巷道模型下有无安装空气幕两种情况下进风流火灾和采面火灾发生时的流场，得出空气幕对火源点产生的高温烟气进入空气幕安装巷道具有阻隔效应，当进风流火灾发生时，空气幕安装巷道烟气温度和体积分数分别降低了15℃和1%~1.6%，降幅分别达20%和40%~60%，效果显著。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 矿井火灾综述

1.3 空气幕的国内外研究现状

1.4 研究内容、方法、意义 及创新点

第二章 数值模拟理论基础和模型验证

2.1 CFD及其软件介绍

2.2 数学模型理论基础

2.3计算方法与边界条件

2.4 模型验证

第三章 空气幕的选型模拟计算及分析

3.1 物理模型的建立

3.2 模拟结果与分析

3.3 空气幕的综合选型计算分析

3.4 本章小结

第四章 空气幕对矿井火灾影响的数值模拟分析

4.1火源形式及火源位置假设

4.2 物理模型的建立

4.3 进风流火灾模拟与分析

4.4 采面火灾模拟与分析

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文