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毕业设计53华北科技学院基于Mfire的煤矿通风解算及火灾模拟系统
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电气电子毕业设计论文
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毕业设计53华北科技学院基于Mfire的煤矿通风解算及火灾模拟系统,电气电子毕业设计论文
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华北科技学院毕业设计（论文） 第 1 页共 46 页 第 1 章 绪论 1.1 课题的提出及意义 随着计算机的普及，应用计算机的领域也越来越广泛。众所周知，计算机在数据处理和数据分析方面能大大减轻人的劳动强度、提高劳动效率、增强其准确性和科学性。 早在五十年代波兰学者布德雷克（ W.Budryk）在研究矿井火灾时期风流状态的基础上，提出了火风压作用和过量烟气学说，对矿井火灾时期发生的各种风流紊乱现象作出了理论上的分析与阐述， 并且以最简化的典型风网为例，建立了火灾时期风流流动方向的判别方式，形成了处理火灾时期防止风流紊乱的应变要点与原则。 随着矿井现代化的建设，矿井规 模日益扩大，大型与特大型煤矿日益增多，不仅风网结构日趋复杂，而且可燃物种类、数量繁多，简单的计算判断已经无法满足实际生产的要求。随着计算机技术的迅速发展和普及，国外学者运用计算机技术模拟矿井火灾时期风流流动状态取得了重要进展，美国密歇根技术大学首先编制出了在矿井火灾时期风流状态计算机模拟及风流控制的计算机程序（ MTU 或称 Mfire 程序）。在我国，八十年代以来一些高等学院和科研单位相继开展了矿井火灾救灾专家系统的研究工作。 1.2 需求分析 随着计算机技术的蓬勃发展，计算机已经应用到人们日常生活、工作的各个领域 。尤其在当今信息社会，计算机已成为人们日常工作中处理数据的得力助手和工具。 由于计算机技术快速发展，计算机火灾模化和模拟技术为人类研究火灾发生和发展过程提供了新的方法和手段，成为火灾科学研究的重要工具。人们可以通过计算机建立火灾模型，运用工程计算和计算机模拟的方法，对不同空间和环境条件下火灾的发展和蔓延进行模拟和预测，并根据设定的火灾场景，测算和确定各种建筑构件、材料与组件、消防设备以及空间内的火灾特性参数。这样，既减少了人们对昂贵的火灾试验的依赖，大大节省研究和测试费用，又可通过设定多种火灾场景进行重复模 拟和演算，大大增加研究的灵活性 和准确性。通风模拟解算就是在已知矿井风网结构、分支风阻及主要通风机特性曲线的情况下，解算出整个风网的风量、阻力分布及主要通风机的工况点。 当前国内外虽已开发出各具特色的矿井通风管理及火灾救灾软件，但在指导实际火nts基于 Mfire 的煤矿通风解算及火灾模拟系统 第 2 页共 46 页 灾救灾方面仍有较大差距。美国的 MTU(Mfire)程序在矿井火灾计算机模拟方面是比较先进的，但数据输入比较麻烦；国内同类的许多软件大都在数据管理或救灾决策功能上存在明显的不足。 之前清华大学买下了 Mfire 程序并为此制作了专门的接口程序，但是接口程序运行中经常出错，不能正 常计算。华北科技学院安全系与计算机系联合为钱家营煤矿制作煤矿通风解算及火灾模拟系统，该系统的底层使用 Mfire 进行计算，因此需要重新研究通风解算及火灾模拟系统的接口部分。 nts华北科技学院毕业设计（论文） 第 3 页共 46 页 第 2 章 总体设计 2.1 系统设计的目标及功能分析 本系统主要由三大部分组成：数据管理、 风网解算和火灾模拟，三部分分别使用了多种数据格式，但主要的 有两种，分别是： Access 数据库和文本文件。采用多种数据格式的原因是系统本身的需要，主要是为了系统整体的简洁、高效和稳定性能。 在本系统中涉及到 了 Mfire 程序，是本系统的核心。 Mfire 程序担任底层通风解算及火灾模拟的计算，该程序使用 text 文件作为输入和输出，该软件是在下开发的，其输入和输出不是很友好，为此我们研究开发了 Mfire 的数据接口程序，并将通风数据保存为了 Access 数据库。 本系统功能较为完善，其主要功能主要包括以下几个方面： 1. 通风解算、火灾模拟数据的管理 2. Mfire 通风解算接口数据的自动形成及计算结果的整理、回写 3. Mfire 火灾模拟接口数据的自动形成及计算结果的整理、回写 该系统的三大部分主要通过数据库或数据文件进行联系的， 其主要关系可以通过下图来表示出来： 接口程序 2.2 程序设计阶段 本程序的设计阶段可以分为项目系统分析及功能设计，数据库与数据表的创建，Access 数据库 Mfire 文本文件 nts基于 Mfire 的煤矿通风解算及火灾模拟系统 第 4 页共 46 页 窗体界面的设计，系统模块设计和代码编写，程序运行结果显示，从整体上展示了系统开发的主要步骤和详细过程。 2.3 项目系统分析 为了提高矿井现代化技术管理水平，提高矿井通风技术及火灾应变能力，使这一系统能够真正在煤矿安全生产中发挥作用，我们充分研究了国内外同类软件的现状，借鉴了各种软件的优点，又通过网络资源对煤矿安 全防预和对煤矿实际环境构造的了解，运用高级编程语言 VB 学习开发了本软件，实施地对煤矿安全管理中重要的数据进行保存和必要的操作，对井下风流、火灾模拟、井下实时信息具体操作，是非常有现实意义的。 本系统主要是实现数据的输入、数据的加工、输出。首先是将数据输入数据库中，然后将数据进行通风解算和火灾模拟解算，最后将解算的结果显示出来并输出结果。 2.4 系统功能分析 应用系统的开发的第一步，就是必须了解即将开发的应用系统的特点，明确该系统所需要完成的功能以及功能之间的相互联系，从而指导系统开发的后续阶段工作，这一步工作即系统功能分析。 矿井火灾计算机模拟系统的主要任务或功能即：使用计算机，对井下巷道风阻，风压，井下结点等数据进行保存；在需要时进行查找，分类，统计或者增加，修改和删除等操作。矿井火灾计算机模拟系统有 5 大块功能模块，其模块图如下： nts华北科技学院毕业设计（论文） 第 5 页共 46 页 基于 Mfire 的煤矿通风解算及火灾模拟系统 文件 数据输入 网络解算 火灾模拟 帮助 打开实例数据库 另存为 矿井基本数据 风机数据 巷道数据 节点数据 污染源（热源）数据 火灾控制数据 火灾时期通风状态变化 分支节点逻辑错误检查 网络解算 解算结果 风机风压解算结果 原始解算结果或错误信息 火灾模拟 烟雾分布状况 巷道随时间变化状况 热源随时间变化状况 准稳态模拟原始结果 非稳态模拟原始结果 nts基于 Mfire 的煤矿通风解算及火灾模拟系统 第 6 页共 46 页 其中，最主要的模块是数据输入模块、网络解算模块、火灾模拟模块，其具体功能： 数据输入 模块：巷道，风机，结点，污染源，火灾控制，矿井平均和矿井基本数据等信息的录入、删除、修改等功能； 网络解算模块：通风解算接口数据的自动形成及计算结果的整理、回写，显示井下巷道结点数据输入的可能错误。 火灾模拟：火灾模拟接口数据的自动形成及计算结果的整理、回写，结算火灾模拟出现的错误。 2.5 工具开发及介绍 2.5.1 关于 Visual Basic 随着计算机的技术的飞速发展，编程语言也随之有了突飞猛进的发展变化。 VB 就是 Visual Basic，即可视化的 Visual Basic 就是 Beginners All-purpose symboc nstruction Code,即初学者通用符号结构代码（初学者程序设计语言）。它的特点是简单易学。 Visual Basic 将 Windows 编程的复杂性封装起来 ,综合了 Basic 语法和可视化设计工具的优点 ,既保留了编程的简便性 ,又提供了 Windows 优良的图形工作环境。 VB 的前身是 QBSIC，语言基础是 BASIC。自从微软推出 VB 后，变成了编程开发人员首选工具。据统计，仅在数据库开发领域， VB 就占了百分之九十的份额。 VB 是基于对象的可视化程序开发工具，它的优点在于能够快捷， 简单的建立 Windows 应用程序。 1998年 8 月，微软推出了 VB6.0 的版本，进一步加强了部件开发的功能。 Basic 语言起源于20 世纪 60 年代，发明者是美国著名大学 Dartmouth 学院的两位教授 John G.Kemeny 和Thomas Kuntz。 Basic 语言最初是为了计算机教学而设计的，因此更讲究简洁，相对来说，程序的效率不是很高。 Visual Basic 的特点非常突出，那就是具有快速的程序开发环境，编制程序界面简单，代码的编写量小，用户可以很方便的直接改动界面，所见即所得。 Visual Basic 语言的出现为 Windows 下的编程提出了一个新的概念，利用 Visual Basic 的动态数据交换，对象的连接库， Activex 技术和开放式数据库技术可以很方便的设计出功能强大的应用程序。 VB 的基本概念： nts华北科技学院毕业设计（论文） 第 7 页共 46 页 （ 1）、对象：是指可以被当作一个单元的代码和数组组合，它可以是程序中的窗体和件，也可以是整个程序。 （ 2）、属性：就是对象具有的性质，以表明对象的状态。 （ 3）、事件：是指发生在对象上的事情。 Windows 应用程序属于“事件驱动模式”，即只有当事件发生时，程序才运行。 （ 4）、方法：对象本身包含的函数 和过程。 （ 5）、过程：指事件发生时要执行的代码。 （ 6）、事件驱动模式：通过事件的发生来触发不同过程中的代码，以推动程序的进程。 Visual Basic 语言编写程序有以下几个特点： （ 1）、在 Visual Basic 中开发的应用程序，不但有丰富的图形界面，而且用户需要添加的代码少之又少。 因为在 Visual Basic 图形用户界面的过程中只需要设置ActiveX 控件的属性值即可。 （ 2）、强大的数据库和网络功能。 随着 Visual Basic 语言的向前发展，它在数据库和网络方面的功能优势就愈加明显，利用 Visual Basic 中的 ODBC 开放式的数据库访问技术可以很方便的开发出自己的数据库应用程序；利用 Visual Basic 自带的可视化数据管理器，完全可以在 Visual Basic 就可以完成数据库的开发工作。 在 Visual Basic 中可以自己独立的开发 ActiveX 控件，而且可以制作独立在 Internet上发行的 ActiveX 文档。 （ 3）、其它特征 用传统程序设计语言设计程序时，都是通过编写程序代码来设计用户界面，在设计过程中看不到界面的实际显示效果，必须编译后运行程序才能观察。如果对界面的效果不 满意，还要回到程序中修改。有时候，这种编程 -编译 -修改的操作可能要反复多次，大大影响了软件开发效率。 Visual Basic 提供了可视化设计工具，把 Windows 界面设计的复杂性“封装”起来，开发人员不必为界面设计而编写大量程序代码。只需要按设计要求的屏幕布局，用系统提供的工具，在屏幕上画出各种“部件”，即图形对象，并设nts基于 Mfire 的煤矿通风解算及火灾模拟系统 第 8 页共 46 页 置这些图形对象的属性。 Visual Basic 自动产生界面设计代码，程序设计人员只需要编写实现程序功能的那部分代码，从而可以大大提高程序设计的效率。 、面向对 象的程序设计 4.0 版以后的 Visual Basic 支持面向对象的程序设计，但它与一般的面向对象的程序设计语言 (C+)不完全相同。在一般的面向对象程序设计语言中，对象由程序代码和数据组成，是抽象的概念；而 Visual Basic 则是应用面向对象的程序设计方法 (OOP)，把程序和数据封装起来作为一个对象，并为每个对象赋予应有的属性，使对象成为实在的东西。在设计对象时，不必编写、建立和描述每个对象的程序代码，而是用工具画在界面上， Visual Basic 自动生成对象的程序代码并封装起来。每个对象以图形方式显示在界面上，都是可视的。 、结构化程序设计语言 Visual Basic 是在 BASIC 语言的基础上发展起来的，具有高级程序设计语言的语句结构，接近于自然语言和人类的逻辑思维方式。 Visual Basic 语句简单易懂，其编辑器支持彩色代码，可自动进行语法错误检查，同时具有功能强大且使用灵活的调试器和编译器。 Visual Basic 是解释型语言，在输入代码的同时，解释系统将高级语言分解翻译成计算机可以识别的机器指令，并判断每个语句的语法错误。在设计 Visual Basic 程序的过 程中，随时可以运行程序，而在整个程序设计好之后，可以编译生成可执行文件(.EXE)，脱离 Visual Basic 环境，直接在 Windows 环境下运行。 、事件驱动编程机制 Visual Basic 通过事件来执行对象的操作。一个对象可能会产生多个事件，每个事件都可以通过一段程序来响应。例如，命令按钮是一个对象，当用户单击该按钮时，将产生一个“单击 ” (CLICK)事件，而在产生该事件时将执行一段程序，用来实现指定的操作。 在用 Visual Basic 设计大型应用软件时，不必建立具 有明显开始和结束的程序，而是编写若干个微小的子程序，即过程。这些过程分别面向不同的对象，由用户操作引发某个事件来驱动完成某种特定的功能，或者由事件驱动程序调用通用过程来执行指定的操作，这样可以方便编程人员，提高效率。 、访问数据库 Visual Basic 具有强大的数据库管理功能，利用数据控件和数据库管理窗口，可以直nts华北科技学院毕业设计（论文） 第 9 页共 46 页 接建立或处理 Microsoft Access 格式的数据库，并提供了强大的数据存储和检索功能。同时， Visual Basic 还能直接编辑和访问其他外部数据库，如 DBASE， FoxPro， Paradox等，这些数据库格式都可以用 Visual Basic 编辑和处理。 Visual Basic 提供开放式数据连接，即 ODBC 功能，可通过直接访问或建立连接的方式使用并操作后台大型网络数据库，如 SQL Server， Oracle 等。在应用程序中，可以使用结构化查询语言 SQL 数据标准，直接访问服务器上的数据库，并提供了简单的面向对象的库操作指令和多用户数据库访问的加锁机制和网络数据库的 SQL 的编程技术，为单机上运行的数据库提供了 SQL 网络接口，以便在分布式环境中快速而有效地实现客户 /服务器 (client/server)方案。 2.5.2 Microsoft Access2000 简介 Microsoft Access 2000 是当前流行的 Windows 数据库应用程序之一，它是一种关系型数据库管理系统，不但能存储和管理数据，还能编写数据库管理软件，是一种使用方便、功能较强的数据库开发工具。 Microsoft Access 2000 作为一种关系型数据库管理系统，是中小型信息管理系统的理想开发环境，在当前数据库领域，已有越来越多的人开始采用 Access。它是一个功能强大的数据库管理系统和 MIS(Management Information System)系统开发工具，具有界面友好，易学易用，开发简单、接口灵活等特点。 (1)、 全新的数据库界面 Access2000 与 Office 其他应用程序一样，有着极其友好的菜单系统、工具栏按钮和各种各样的显示窗口，可以让用户在较短时间内非常方便的学会 Access2000 的基本操作。 Access2000 一般情况下用户不需要编写程序代码、就可以创建衫的数据库应用系统，完成数据库的管理工作。 (2)、不同版本的数据库共享 (3)、数据库对象设计简捷方便 (4)、可以用向导创建数据库 nts基于 Mfire 的煤矿通风解算及火灾模拟系统 第 10 页共 46 页 2.5.3 Access 的主要特点 Access 最重要的特征是不必编写程序。对于大多数关系型数据库管理系统，如Paradox FoxPro 等而言，其管理者需要具有程序设计能力，才能建立和管理一个有效的应用程序，而 Access 数据库系统把数据库应用程序的建立移进用户环境中，除非要执行复杂的操作，数据库的管理者不再必须具有程序设计能力。利用系统提供的向导或生成器，再利用几个简单的宏或 VBA 语句，就可以迅速建立简单的应用程序。 Access 中数据库文件不是简单的存储数据的表，这是 Access 与其他桌面数据库的一个重要区别。 Access 数据库文件不仅包含传统意义上的表，还包括操作或控制数据的其他对象（如查询、窗体和报表等）。 2.5.4 Access 和 Visual Basic 结合的优点 除了 Access 和 Visual Basic 各自的特点之外，将两者结合起来使用，最主要的优点就是两者使用的数据库引擎，即 Microsoft Jet。 Microsoft Jet 首次问世。当 1993 年 Visual Basic 3.0 发布的时候， Jet1.1 内置于其中。此后，只要发布新版本的 Access。就 会有相应版本的 jet 数据库问世。当一个新版本的 Visual Basic 准备发布的时候，它一定会内置进行了一些修改的最新版本 Jet数据库。 由于 Access 和 Visual Basic 使用的相同数据库引擎，因此可以建立既包括 Access组件又 Visual Basic 组件的应用程序，这样就提高了程的稳定性，充分发挥了两者各自的优点。 nts华北科技学院毕业设计（论文） 第 11 页共 46 页 第 3 章 数据库的设计 3.1 数据库基本概念 数据是信息处理的对象，数据库设计是系统设计的重要组成部分，数据库设计是否成功将直接影响到系统对数据的处理速度，因此数据库 的设计也一个操作软件衡量标准的重要因素之一。 数据库设计师在需求分析的基础上，如何对应用系统所设计的数据进行分类、描述、关联和存取是哟中技术。数据库设计通常是一个通用的 DBMS 支持下进行的，对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库，使之能方便、有效的存取数据，满足各种用户的需要。 数据库的结构是指数据库中各个表的结构设计，包含信息保存在哪些表格中，各个表的结构以及各个表之间的关系，数据库的结构设计的好坏将直接对应用系统的效率以及实现的效果产生影响。好的数据库设计会减少数据库的存储量，数据的完整性和一致性的性能比较高，系统有较快的响应速度，简化基于此数据库的应用程序的实现等等。 数据库设计的第一个阶段，数据库需求分析，这个阶段主要是收集数据以及数据处理的流程，为以后进一步设计打下基础。需求分析主要解决两个问题： （ 1）、内容要求：调查应用系统用户所需要操作的数据，解决在数据库中存储什么数据。 （ 2）、处理要求：调查应用系统用户要求对数据进行什么样的处理。理清数据库中各种数据之间的关系。 在数据库分析后，应得到一个数据字典文档，包括三方面的内容： （ 1）、数据项：包括名称、含义、类型、取值范围，长度以及和其它数据 项之间的逻辑关系。 （ 2）、数据结构：若干个数据项有意义的集合，包括名称、含义以及组成数据结构的数据项。 （ 3）、数据流：指数据库中的数据的处理过程，包括输入、处理和输出。 nts基于 Mfire 的煤矿通风解算及火灾模拟系统 第 12 页共 46 页 3.2 数据库系统 大部分应用程序都要涉及到数据操作的问题。一般项目过程只进行变元传递，比较简单，而数据库的组织则要复杂得多，访问其中的数据需要更为强大的技术。数据库现在已经发展为一个专门的学科，其中最重要的反面就是数据访问。数据库的设计和维护都是以数据访问为中心展开的。在 Visual Basic 中，数据访问是一个重要的方 面。 数据库技术从 60 年代中期产生到现在仅有 30 年的历史，却经过了三次更新换代。从第一代的网状，层次数据库，第二代关系数据库系统，发展到第三代以面向对象模型为主要特征的数据库。数据库技术与网络通信技术、人工智能技术、面向对象编程技术、并行计算机技术等相互渗透，相互结合，成为现代数据库发展的主要特点。 以数据库为核心，并以管理为目的的计算机系统称为数据库系统 （ Database System，简称 DBS）。数据系统在今天的信息社会中有着广泛的应用。数据库系统是由计算机硬件和软件两部分组成的，计算机硬件资 源包括主机和输入 /输出设备。数据库系统的硬件应具备足够大和安全的磁盘等直接存储设备，用于安全地存储庞大的数据；具有较高的通信能力，以提高数据传送率；要求系统联网，实现数据共享。 数据库系统的软件包括操作系统、数据库管理系统及其具有开发工具和在此支持下建立起来的数据库和应用程序。对于大中型的数据库系统来说，例如 Microsoft SQL Server，数据库的建立、使用和维护工作需要有专门的人员来完成，这些人就别称为数据库管理员（ DataBase Administrator,简称 DBA）。 3.3 当前流行的几 种数据库 当前流行的组织数据库方法中，有索引顺序访问方法（ ISAM）文件系统、网络模式数据库、分层数据库和关系数据库。 随着数据库应用的日益广泛，数据库产品市场呈现非常繁荣的景象。各软件公司纷纷推出自己的数据库应用系统并逐渐占领市场。目前的关系数据库产品基本可分为桌面数据库和大型数据库应用系统两大类。 3.4 数据库应用程序的组织 Visual Basic 的数据访问共涉及到三个层次： nts华北科技学院毕业设计（论文） 第 13 页共 46 页 用户界面是用户用于交互的界面，可以显示数据并提供查看或更新数据的所有对象。这些对象隐含着数据库应用程序的 Visual Basic 代码，包括用来请求数据库服务的属性、事件和方法，比如添加或删除记录或执行查询等。用户界面要求对数据做些什么，它是操作数据库的指令的出发者。但应用程序的代码不是直接面对物理数据库文件的，必须通过数据库引擎提出请求。 数据库是包含数据表的一个或多个文件。对于本地的 Visual Basic 数据库来说，就是 .mdb 格式文件。对不同的数据库，它可能具有其它格式。数据库本质上是被动的，它包含数据，但它不对数据做任何事情。 数据库引擎存在于用户界面和数据库文件之间，是操作数据命令的真正执行者，它向应用程序返回所需要的结 果。 Visual Basic 的数据访问直接支持 Jet 数据引擎。 Jet 数据库引擎在运行时被链接到 Visual Basic 程序。它把应用程序的请求翻译成对 .mdb 文件或其它数据库的物理操作。 上述三者的关系可用图表示为： 3.5 系统数据库设计 在本次程序的开发过程中我们也加入了 Access 数据库，其中有 22 格表格，分别为tblCalResult、 tblFanData、 tblFanType、 tblFireData、 tblFireSource、 tblFostResult、tblHotResult 、 tblLaneData 、 tblLaneResult 、 tblLevelData 、 tblMineData 、tblNodeResult 、 tblReverseResult 、 tblStatusFifth 、 tblStatusFirst 、tblStatusForth 、 tblStatusSecond 、 tblStatusSeventh 、 tblStatusSixth 、tblStatusThird、 tblUnderJunction、 tblUperJunction。其中有五个表格最为重要，下面就具体介绍一下这五个表格的具体 内容。其它表的具体内容在附录中详细介绍。 用户 界 面 数据库 引擎 数据库 nts基于 Mfire 的煤矿通风解算及火灾模拟系统 第 14 页共 46 页 表 1 火灾控制数据 tblFireData 字段名称 字段说明 数据类型 NAV 标志 文本 JSTART 起始大气节点号 文本 TSTART 起始大气节点温度 (度 ) 文本 TIME 从火灾发生到准稳态所需的时间 (h) 文本 CRITSM 烟流计算精度 (%) 文本 CRITGS 瓦斯计算精度 (%) 文本 CRITHT 温度计算精度 (度 ) 文本 WRNPR 压降警告标准 (Pa) 文本 WRNGS 瓦斯浓度警告标准 (%) 文本 WRNSM 烟 雾浓度报警限 (%) 文本 WRNHT 风流温度报警标准 (度 ) 文本 表 2 污染源、热源数据 tblFireSource 字段名称 字段说明 数据类型 NCENT 热源所在分支的编号 文本 CONT 火灾气体的体积流量 文本 CONC 火灾气体中燃烧产物的浓度（ %） 文本 HEAT 流入或流出分支的热量（ KJ/MIN 文本 O2MIN 火区出风流的氧浓度（ %） 文本 SMPO2 每消耗立方米 O2 所产 生 的 燃 烧 产 物（ m3/m3） 文本 HTPO2 每消耗立方米 O2 所 文本 nts华北科技学院毕业设计（论文） 第 15 页共 46 页 产生的热量（ KJ/m3） QCENT 定义火灾特征所用的参考风量 文本 TPR 火灾趋于稳定所用的时间（ min） 文本 表 3 节点基本参数 tblUnderJunction 字段名称 字段说明 数据类型 JNO 节点号 整形 JunctionT 节点的风流温度 文本 JunctionZ 节点标高 文本 CH4C 节点处的瓦斯浓度 文本 表 4 矿井基本参数 tblMineData 表格对照 字段名称 字段说明 数据类型 NB 网络分支数 文本 NFNUM 风机数 文本 INFLOW 火源或其他污染源的数目 文本 NVPN 节点数据存在标志 文本 NETW 解算标志 文本 TR 参考空气温度 (度 ) 文本 MADJ 温度解算部分最大迭代次数 文本 ITN 非稳态模拟最大迭代次数 文本 NTEMP 控制标志 文本 TINC 非稳态模拟的时间步长（秒） 文本 SPAN 非稳态模拟时间段长度 文本 nts基于 Mfire 的煤矿通风解算及火灾模拟系统 第 16 页共 46 页 （分钟） IOUT 控制输出标志 文本 TOUT 非稳态模拟结果输出时间间隔（秒） 文本 CONCT 模拟方式 文本 DR 参考空气密度 (千克 /立方米 ) 文本 表 5 巷道基本参数 TblLaneData 表格对照 字段名称 字段说明 数据类型 NO 巷道号 整形 Lname 巷道名称 文本 JS 始节点 文本 JF 终节点 文本 NETYP 巷道类型 文本 LaneR 巷道风阻 文本 LaneQ 巷道风量 文本 KF 摩擦系数 文本 LA 巷道长度 文本 LaneA 巷道断面积 文本 LaneO 巷道断面周长 文本 HA 岩石的热扩散率 文本 HK 巷道瓦斯排放速率 文本 CH4V 巷道瓦斯排放速率 文本 CH4PV 单位表面积的瓦斯排放速率 文本 TROCK 巷道平均岩温 文本 nts华北科技学院毕业设计（论文） 第 17 页共 46 页 第 4 章 详细功能设计 Mfire 程序主要完成通风解算及火灾模拟的计算，该软件是在下开发的，数据输入困难，为此清华大学开发了与 Mfire 的数据接口程序，专门负责数据的管理，格式为 Access 型数据库（数据库详细格式见后面的附录）。该程序可以管理所有的通风数据，极大的方便了用户。 4.1 程序主界面的设计 本窗体模块主要是通过菜单，显示完成各个模块功能的子 窗体。其界面如图 4.1.1： 图 4.1.1 主程序界面 通过本界面可以完成对其它功能模块的操作，在进入主界面之前必须要先读取数据，所以应先打开相应的数据库。其打开数据库的界面图如图 4.1.2 所示： nts基于 Mfire 的煤矿通风解算及火灾模拟系统 第 18 页共 46 页 图 4.1.2 打开数据库界面 4.2 数据输入 该部分主要是完成对数据的输入工作，对不同类型的数据分类进行录入。其流程可以用下图来表示： 图 4.2 数据操作程 数据的输入共分 八大块，包括矿井基本数据的输入、风机数据、巷道数据、节点数据、污染源（热源）数据、火灾控制数据、火灾时通风状态变化、分支节点逻辑检查。 4.2.1 矿井基本数据的输入 本模块的主要功能是输入矿井基本数据，该模块的界面图如图 4.2 所示： 开 始 添 加 修 改 保 存 取 消 删 除 结 束 nts华北科技学院毕业设计（论文） 第 19 页共 46 页 图 4.2.1 矿井基本数据输入界面 在输入数据时，应参考输入说明的要求输入数据。其内容为： （ 1）、参考空气温度，缺省值为 23.9。 （ 2）、温度解算部分最大迭代次数，缺省值为 20次。 （ 3）、非稳态模拟最大迭代次数，缺省值为 20次。 （ 4）、控制标志， 1:表示只进行到温度模拟部分。 （ 5）、控制输出标志，在用于进行火源定位算法的定量计算时，其值应始终为 -2。 （ 6）、非稳态模拟结果输出时间间隔（秒），在用于火源定位算法的定量计算时，其值应始终为 60。 （ 7）、模拟方式， 1:只进行非稳态浓度模拟； 0:进行完整的非稳态模拟，对火源定位而言，其值为 0或 1均可。 （ 8）、参考空气密度 (kg/m3)，如缺省，则根据 TR和 1标准大气压计算。 4.2.2 风机数据模块 本模块分为三部分，包括风机参数、风机风压特性点、风机风压特性曲线。该模块的界面图如图 4.3 所示： nts基于 Mfire 的煤矿通风解算及火灾模拟系统 第 20 页共 46 页 图 4.2.2 风机数据模块图 在输入数据时，应参考输入说明的要求输入数据。其内容为： （ 1）、风机数，最多 10台。 （ 2）、风机特性曲线拟合方法： 、最小二乘法； 、样条插植法； 、程序自动选择； 、自选和人工选择相结合。 （ 3）、风机曲线边界处理方法。 （ 4）、所有风机应该一直，如有不同则以第 1台风机 为准。 、按两个端点斜率直线延伸。 、在左端点按端点斜率直线延伸，在右端点水平延伸。 、在两个端点均水平延伸。 （ 5）、风机风压特点最多可输入 10 组数据。 4.2.3 巷道数据模块 本模块由两部分组成，包括巷道数据和巷道平均数据。该模块的界面如下图所示： nts华北科技学院毕业设计（论文） 第 21 页共 46 页 图 4.2.3 巷道数据模块 在输入数据时，应参考输入说明的要求输入数据。其内容为： （ 1）、 网络 分支数，最多 1000条。 （ 2）、分支类型， 1：风机所在分支； 0：普通分支； -1：固定风量分支。 （ 3）、磨擦系数 (kg/m3)，如缺省，则使用平均值取代。 （ 4）、分支长度（ m），如缺省，则使用平均值取代。 （ 5）、分支断面积 (m2)，如缺省，则使用平均值取代。 （ 6）、分支的断面周长 (m)，如缺省，则使用平均值取代。 （ 7）、岩石的热扩散率 (m2/s)，如缺省，则使用平均值取代。 （ 8）、岩石的导热系数 (W/m. )，如缺省，则使用平均值取代。 （ 9）、巷道瓦斯排放速率 (m3/min)，如缺省，则 使用平均值取代。 （ 10）、单位表面积的瓦斯排放速率 (m/min)，如缺省，则使用平均值取代。 （ 11）、巷道平均岩温 ( )，如缺省，则使用平均值取代。 4.2.4 节点数据 本模块分为两部分，包括大气节点和井下节点。主要是记录节点数据，并把数据输入到数据库。该模块的界面如下： nts基于 Mfire 的煤矿通风解算及火灾模拟系统 第 22 页共 46 页 图 4.2.4 节点数据 在输入数据时，应参考输入说明的要求输入数据。其内容为： （ 1）、 网络中的大气节点可能不止一个，这时程序从某一个大气节点出发，开始解算，该节点称为起始大气节点。 （ 2）、节点类型， 0: 起始大气节点； 1：其余大气节点。 4.2.5 污染源（热源）数据 该模块主要是录入污染源（热源）数据，并且可以对数据进行添加、删除等操作。其界面如下： 图 4.2.5 污染源（热源）数据 在输入数据时，应参考输入说明的要求输入数据。其内容为： 火源或其它污染源的数目，最多 10个。 nts华北科技学院毕业设计（论文） 第 23 页共 46 页 4.2.6 火灾控制数据 该模块是对火灾控制数据的录入，同时也可以进行添加、删除等操作。其模块图如下： 图 4.2.6 火灾控制数据 在输入数据时，应参考输入说明的要求输入数据。其内容为： （ 1）、 标志， 1 或更大：下面将输入某些参数的平 均值。 （ 2）、从火灾发生到达到准稳态所需的时间（ h），缺省值为 10。 （ 3）、烟流计算精度 (%)，缺省值为 0.005。 （ 4）、瓦斯计算精度 (%)，缺省值为 0.01。 （ 5）、温度计算精度 ( )，缺省值为 0.11。 （ 6）、压降警告标准 (Pa)，缺省值为 2。 （ 7）、瓦斯浓度警告标准（ %），缺省值为 1.0。 （ 8）、烟雾浓度报警限（ %），缺省值为 0.05。 （ 9）、风流温度报警标准 ( )，缺省值为 37。 4.2.7 火灾时通风状态变化 该模块共分七部分，分别对七个不同的值进行设置。这七部分分别是：设 置某一分支风阻变化、设置分支变成风机所在的分支、设置分支变成火源所在的分支、设置某一分支变成了一条普通分支、设置模拟时间步长、设置结果输出的时间间隔、为节点 JDPP的直接回流分支建立详细记录。在火灾发生以后可以对这些数据进行设置，但通常情况下不做设置，直接退出即可。其模块图如下所示： nts基于 Mfire 的煤矿通风解算及火灾模拟系统 第 24 页共 46 页 图 4.2.7 火灾时通风状态变化 4.2.8 分支节点逻辑错误检查 该模块主要是对分支节点逻辑错误进行检查，并且将结果分别可以按照节点的序号、始节点、终节点进行排序。其模块图如下所示： 图 4.2.8 错误检查 nts华北科技学院毕业设计（论文） 第 25 页共 46 页 4.3 网络解算 网络解算含有结算数据读入，解算第一步，解算第二步，读取解算结果，显示解算结果，查看解算数据输入的的可能错误。本部分主要是完成对前一补步“数据输入”的解算，将数据统一起来，通过解算，生成文本文件，并将数据存放在一文本文件里，美国的 MTU（ Mfire）程序在矿井火灾计算机模拟方面提出了一套较为实用的方法，是目前国内外先进的火灾模拟软件，因此我们将其引进并在此部分中通过调用，使其担任底层计算功能。 本部分是先通过连接打开数据库，将表中的各数据导入然后再解算，存入一个文本文件中，这样可以将数据 集中起来，方便用户的查阅和对比，在存入文本中有一定的格式和规定。 下面是进行解算，包含第一步和第二部，这两步由于美国的 MTU（ Mfire）程序在此方面提出了一套较为实用的方法，是目前国内外先进的火灾模拟软件，因此我们将其引进并使其担任底层计算功能，我门通过改进将其调用来完成结算的第一步和第二步。当点击“解算第一步”时，调用 MFORE0。 EXE，将会产生两个文件 MFCTL1 和 MFCTL2当点击“解算第二步”时，调用 MFORE1。 EXE，将会产生一个运行的界面，在此界面中需要输入文件名，即在“解算数据读入”中所 输入的文件名，然后单击回车，会产生一个文件 MFCTL6 在 MFCTL6 中用记事本方式打开 ,会发现里面是所输入分支号的断面积和周长的不合理处均给指了出来 ,并把正确的显示出来 .供用户参考和修改。 解算过程中调用 Mfire 程序所使用的部分主要代码为： k = FreeFile Open App.Path + MFCTL0 For Binary As #k Close k Open App.Path + CalResult.txt For Binary As #k Close k Kill App.Path + MFCTL? Kill App.Path + CalResult.txt ExeSjkData -1, Cn, delete * from tblCalResult ExeSjkData -1, Cn, delete * from tblCalResultFJ nts基于 Mfire 的煤矿通风解算及火灾模拟系统 第 26 页共 46 页 调用后系统读取数据，完成后对数据进行解算，解算过程的界面图如下： 图 4.3.1 网络解算过程图 解算过程主要代码如下： Dim nAll As Long ExeSjkData 0, Cn, i = 0 k = FreeFile() Open App.Path + CalResult.txt For Input As #k Do If EOF(k) = True Then Exit Do Line Input #k, da If InStr(da, 分 支 始节点 末节点 类型 风 阻 风 量 压 降 ) 0 Then Msgshow 网络解 算结果写入数据库 ., 0, 0 Line Input #k, da 读出空行 Line Input #k, da 读第一行数据 i = 1 End If If i = 1 Then If da = Then Exit Do 读取完成 getjieguo1 da, dfield, 6, 0 ExeSjkData 1, Cn, insert into tblCalResult values ( + da + ) nts华北科技学院毕业设计（论文） 第 27 页共 46 页 nAll = nAll + 1 写入的记录数 End If Loop Close k ExeSjkData 2, Cn, If i = 1 Then Msgshow 写入 + Format$(nAll, 0) + 条记录 , 0, 1 Else Msgshow 解算不成功，请查看 。 , 0, 0 Exit Sub End If 解算结果：风机信息 nAll = 0 ExeSjkData 0, Cn, i = 0 k = FreeFile() Open App.Path + CalResult.txt For Input As #k Do If EOF(k) = True Then Exit Do Line Input #k, da If InStr(da, 分 支 始节点 末节点 风量 风机风压 ) 0 Then Msgshow 风机数据写入数据库 ., 0, 0 Line Input #k, da 读出空行 Line Input #k, da 读第一行数据 i = 1 End If If i = 1 Then If da = Then Exit Do 读取完成 getjieguo2 da, dfield, 4, 0 ExeSjkData 1, Cn, insert into tblCalResultFJ values ( + da + ) nts基于 Mfire 的煤矿通风解算及火灾模拟系统 第 28 页共 46 页 nAll = nAll + 1 End If Loop Close k ExeSjkData 2, Cn, If i = 1 Then Msgshow 写入 + Format$(nAll, 0) + 条记录 , 0, 1 Else Msgshow 无风机数据，请查看原始解算结果。 , 0, 0 End If Msgshow , 0, 0 Msgshow 运行结束 , 200, 0 End Sub 解算完成后，可以分别显示解算结果、风机风压解算结果、原始结果或解算错误信息。 解算时的界面图如下所示： 图 4.3 网络解算 4.4 火灾模拟 本部分包含了模拟数据读入，数据输入查看，稳态模拟，准模态模拟，非稳态模拟，nts华北科技学院毕业设计（论文） 第 29 页共 46 页 和显示模拟结果以及救灾路线模拟。这部分主要通过各种数据的读入，通过结算判断来完成对火灾的模拟。 火灾模拟和网络解算的过程基本相似，都是要调用 Mfire 程序进行解算。与网络解算所不同的是，网络解算调用了 Mfire 程序两次，而火灾模拟调用该程序三次。当运行稳态模拟时， 调用 MFIRE0，产生两个文件 MFCTL1 和 MFCTL2，运行准稳态模拟时，调用 MFIRE1。在显示模拟结果里包括以下几部分，空气参数、风流反向、末端的温度和烟雾浓度以及分支的压降、分支中的烟雾锋面数据、热源数据。 火灾模拟部分中调用 Mfire 程序的部分主要代码为： k = FreeFile Open App.Path + MFCTL0 For Binary As #k Close k Open App.Path + FireResult1.txt For Binary As #k Close k Open App.Path + FireResult2.txt For Binary As #k Close k Kill App.Path + MFCTL? Kill App.Path + FireResult1.txt Kill App.Path + FireResult2.txt ExeSjkData -1, Cn, delete * from tblLaneResult ExeSjkData -1, Cn, delete * from tblHotResult 调用后系统读取数据，完成后对数据进行解算，火灾模拟过程的界面图如下所示： 图 4.4 火灾模拟过程图 nts基于 Mfire 的煤矿通风解算及火灾模拟系统 第 30 页共 46 页 火灾模拟过程的主要代码如下： Dim ETemp As
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