矿井火灾学课件.ppt

CFD模拟技术及其在煤矿安全研究中的应用，石国庆，国家重点实验室，煤炭资源与安全开采，1。计算流体力学技术介绍，2。摘要：计算流体力学模拟在煤矿安全研究中的应用实例，2.1氧气浓度分布规律的计算流体力学模拟，2.2排水条件下氧气浓度的计算流体力学模拟，2.5采空区泡沫流动特性的模拟，计算流体力学技术介绍，国家重点实验室资源与安全开采，计算流体力学？计算流体力学是计算流体力学的英文缩写，翻译成中文：计算流体力学。计算流体力学(CFD)是通过计算机数值计算和图像显示，对包括流体流动和热传导等物理现象的系统进行分析。计算流体力学可以看作是在基本流动方程控制下的流动数值模拟。计算流体力学技术介绍、国家重点实验室、资源与安全、计算流体力学技术的主要应用领域？机械设计；(汽车、搅拌机、风扇、泵等。)水利工程；(水坝、水闸等。)模拟地铁、隧道等中的流场。室内气体和热交换的研究：电子元件的冷却；污染物的运输；细菌在食物中的迁移；其他项目中传热传质问题的模拟。CFD技术介绍、statekeylaboratoryofcoaresources和safemining，是CFD工作的主要步骤，采用CFD方法对流体流动进行数值模拟，通常包括以下步骤：建立数学模型(真实反应工程问题或物理问题本质)来确定模型的计算方法(精度高、效率好)；编程和计算(有限体积、有限元等)使用商业软件求解并显示结果)来显示计算结果。计算流体力学技术介绍、国家实验室资源与安全、计算流体力学工作的主要步骤、计算流体力学技术介绍、国家实验室资源与安全、计算流体力学的主要特点、计算流体力学的主要优点是适应性强、应用广泛。它具有以下主要特点：计算流体力学方法可以找到满足工程需要的控制方程的数值解；不受物理模型和实验模型的限制，节省资金和时间，具有更大的灵活性；近似计算方法依赖于物理上合理、数学上适用、适合在计算机上离散化的数学模型，存在计算误差，需要通过原始观测或模型实验进行验证。数据的收集、整理和正确应用在很大程度上取决于经验和技能，并且可能存在不真实的计算。计算流体力学技术介绍，国家重点实验室资源与安全开采，计算流体力学技术介绍，通用计算流体力学商业软件，国家重点实验室资源与安全开采，计算流体力学技术介绍，Fluent软件包的组成及各部分的功能，国家重点实验室资源与安全开采，计算流体力学技术介绍，计算流体力学求解的控制方程，计算流体力学模拟技术在煤矿安全研究中的应用实例，国家重点实验室资源与安全开采，研究内容，计算流体力学在煤矿安全研究中的应用领域，煤自燃(渗流、热量和瓦斯)数值模拟传质)粉尘迁移规律模拟(多相流，离散项)矿井冷却特性模拟(传热，流动)采空区灭火介质流动特性模拟(渗流)，(1)数学模型-主控制方程，(2)确定方程的边界条件和关键参数，输入采空区渗透性K、采空区孔隙度N、工作面空气分布(风速)和工作面几何特性作为边界条件。 采空区浮煤的耗氧率、氧扩散系数、瓦斯涌出率和一氧化碳生成率是该模型的关键参数。(1)建立采空区氧浓度分布规律的数学模型，应用1:采空区氧浓度分布的计算流体力学模拟，(1)采空区渗透率，应用1:采空区氧浓度分布的计算流体力学模拟，任天祥在实验室测量不同类型岩石样品在损伤区的应力与渗透率之间的关系，然后根据爱德华兹等关于采空区应力分布规律的研究成果，得出采空区渗透率的分布规律。据认为，采空区的渗透率值在10-14和10-8m2之间。袁立军和史密斯用有限差分法进行了计算1mD(厘泊)=0.986910-9m2，2。确定模型中的关键参数和边界条件。应用1:采空区氧浓度分布的计算流体力学模拟，卡曼-科泽尼公式，采空区孔隙度n，李树刚提出了综放工作面压溃膨胀系数的分析方法，指出压溃膨胀系数KP=f(x，y)与n有函数关系，在对渗透率取值范围进行初步理论分析的基础上，用双曲线正切函数拟合采空区渗透率分布更符合实际情况。(2)确定模型中的关键参数和边界条件，(1)采空区渗透性，(2)浮煤耗氧率，采用1:采空区氧浓度分布的计算流体力学模拟，(5)煤化学反应活化能；n是一个常数，取值范围从0.5到1；r是大气；t是热力学温度；O2是气体中氧的摩尔浓度；(3)氧化产热率，(2)模型中关键参数和边界条件的确定，(1)采空区氧浓度分布的计算流体力学数值模拟的应用，结合现场测量和预测(工作面瓦斯涌出量，线性或非线性函数预测)确定采空区瓦斯释放量。(4)一氧化碳生成率，(5)气体释放率，(2)模型中关键参数和边界条件的确定，(3)采空区及网格划分、进风侧和回风侧几何模型的建立，(3)采空区氧浓度分布规律几何模型的建立，应用1:采空区氧浓度分布的CFD数值模拟，(4)求解器求解模型，读取网格数据， 设置边界条件和初始条件，设置用于解决锯齿和锯齿的监视器，初始化流场，求解、提取和可视化显示求解结果，应用1:采空区氧气浓度分布的计算流体力学数值模拟，4。 用求解器求解模型，编译应用UDF，用文本编辑器，用C语言编辑UDF；UDF是通过右图所示的步骤来解释的。UDF是通过右图所示的步骤来解释的。应用1:采空区氧浓度分布的计算流体力学数值模拟，采空区氧浓度分布云图，5:求解结果显示，应用1:采空区氧浓度分布的计算流体力学数值模拟，采空区氧浓度分布的现场测量，1测量点分布图，采空区氧浓度测量，测量点分布图，应用1:采空区氧浓度分布的计算流体力学数值模拟，根据模拟结果，按照5%-18%氧浓度的划分标准，将三个采空区划分为三个区域。易自燃区域的模拟值为、6%、18%、6%，配风量为1450。在这种情况下，采空区进风侧氧化带的分布范围达到400米深，回风侧氧化带的分布范围也达到300米左右，与采空区中部氧化带的分布范围相比要小得多，“窒息带”进入采空区约50米， 这也与应用1:采空区氧浓度分布的CFD数值模拟得到的结论一致，数值模拟结果与实测数据趋势基本一致，可以认为该模型能够反映采空区氧浓度分布的实际情况。 在此基础上，通过改变模型中的相关参数和边界条件，进一步发展的采空区瓦斯CFD模型可以用来模拟采空区自燃规律的影响因素。例如，研究配风量的变化对采空区氧化带分布特征的影响。应用1:采空区氧浓度分布的计算流体力学模拟，图4:1350，1450，1520，1600m3/h配风率下氧化带分布云图，应用1:采空区氧浓度分布的计算流体力学模拟，工作面配风率和氧化带分布的计算流体力学模拟，工作面配风率和氧化带分布的计算流体力学模拟， 工作面风量对进风巷侧、回风巷中部和侧氧化带宽度的影响如下：采空区中部对采空区宽度的影响，回风侧氧化带分布与空气分布的关系，中部氧化带分布与空气分布的关系，进风侧氧化带分布与空气分布的关系，应用1:采空区氧浓度分布的CFD数值模拟，应用2:co的迁移规律， 一种采空区火灾气体产物，在此模型的基础上，通过在特定位置添加火灾气体释放源项，进一步发展了采空区气体计算流体力学模型，可用于模拟采空区存在火源时灾害气体在可接近边界上的分布特征，并通过数值实验提高对内部火灾气体扩散和分布规律的认识，有助于火源位置的分析和探测。 瓦斯释放源项位置示意图，5m、10m、20m，应用2，采空区火灾气体产物一氧化碳的运移规律，将一氧化碳释放源项的模拟结果设置在进风侧采空区5m、10m、20m深处，应用2，采空区火灾气体产物一氧化碳的运移规律，将一氧化碳释放源设置在工作面进风侧，将一氧化碳释放源设置在回风侧和进风侧。一氧化碳排放源项模拟结果设置在回风侧采空区5m、10m和20m深处。一氧化碳排放源项模拟结果设置在回风侧采空区5m、10m和20m深处。一氧化碳排放源项目设置在回风侧采空区5m、10m和20m深处。一氧化碳排放源项目设置在工作面中部、回风侧和进风侧。应用2，采空区瓦斯产物中一氧化碳的迁移规律，应用2，采空区瓦斯产物中一氧化碳的迁移规律，研究主要结论，当工作面进风侧采空区存在自燃火源时，回风侧采空区也会存在一氧化碳，一氧化碳在采空区的分布将沿工作面倾向(进风侧-回风侧)减小；当工作面回风侧采空区存在自燃隐患火源时，进风侧不会存在一氧化碳，一氧化碳只存在于回风隅角附近的小范围内。当工作面中部后部采空区存在自燃火源时，一氧化碳可能同时存在于进风侧和回风侧，但进风侧一氧化碳的还原梯度明显大于回风侧。计算流体力学模拟的主要步骤如下：现场采集采空区的几何参数和其他参数(工作面尺寸、冒落特征)。采空区几何模型的构建和网格划分采用文本编辑器和C语言编写渗透函数。UDF-shortforuser define函数用于设置边界条件，FLUENT求解器用于模拟现场测量数据，以校准和验证模型。修正后的模型用于广泛的参数优化和模型优化。应用1:采空区氧浓度分布的计算流体力学数值模拟、模型的几何特征，应用3:排水条件下采空区氧浓度分布特征，巷道高度3m，宽度4m，长度30m；工作面长度为200米，采空区走向长度为500米，计算高度为20m；煤层倾角为0，工作面倾角为2。工作面通风方式为U型通风，配风量为1400m3/min，进风侧新鲜空气流量质量分数为23%，体积分数(浓度)为20.7%；高抽巷配风量200m3/min，回风隅角排水管道1直径325mm，流量200m3/min，注浆巷排水管道2流量180 m3/h；2008年矿井绝对涌出量达到155.49m3/t，相对涌出量达到21.78m3/t，矿井瓦斯主要来源于采煤工作面瓦斯涌出量、采空区底板瓦斯涌出量和顶煤冒放量，整个采空区瓦斯涌出量约为2124m3/min。模型网格划分，3种排水条件下采空区氧浓度分布特征的应用，几何模型网格划分，局部网格加密，3种排水条件下采空区氧浓度分布特征的应用，采空区氧浓度实测数据曲线，采空区氧浓度实测数据，模拟结果，3种排水条件下采空区氧浓度分布特征的应用， 模型外表面氧浓度分布规律、模拟结果、采空区不同高度氧浓度分布、3种排水条件下采空区氧浓度分布特征、氧化带分布特征、模拟结果、3种排水条件下采空区氧浓度分布特征、10m、20m、30m不同深度垂直剖面氧浓度分布云图、 应用工作面后部40m和100m采空区，工作面后部、回风侧和进风侧不同位置垂直断面氧浓度分布特征，3种抽放条件下采空区氧浓度分布特征，模拟结果，氧化带三维分布面积特征，8%和18%，应用3种抽放条件下采空区氧浓度分布特征，应用4个条带工作面采空区注氮对氧浓度分布规律的影响，模型参数：工作面长度：50m ；采空区走向：注氮管道出口：深度30.60米；注氮流量：800或1200m3。模型特征，应用4采空区注氮对氧浓度分布的影响，上巷道侧氧浓度分布的实测数据，氧浓度的实测数据，应用4采空区注氮对氧浓度分布的影响，下巷道侧氧浓度分布的实测数据，氧浓度的实测数据， 4采空区注氮对氧浓度分布的影响，条带面采空区氧浓度和氧化带分布范围的模拟云图，氧浓度和氧化带划分的模拟结果，注氮对4采空区氧浓度分布规律的影响，进气侧30m注氮流量分别为800和1200 m3/h时的氧浓度分布，注氮时氧浓度分布的模拟， 应用注氮对4号采空区氧浓度分布规律的影响，分别在进气侧30米处注氮流量为800、1200 m3/h时氧浓度分布(8%-18%)，模拟注氮时氧浓度分布，应用注氮对4个采空区氧浓度分布规律的影响， 60m进气侧注氮流量分别为800，1200m3/h时的氧浓度分布，注氮时氧浓度分布的模拟，注氮对4个采空区氧浓度分布规律的影响，注氮时氧浓度分布的模拟，进气侧注氮流量分别为800 m3/h和1200 m3/h时氧浓度(8%-18%)分布的模拟。 应用注氮对4个采空区氧浓度分布规律的影响，