盲中段独头巷道掘进通风数值研究.docVIP

盲中段独头巷道掘进通风数值研究 杨海波（1，2），杨宝贵（1），林学华（2） 1：中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京，100083 2：德阳昊华清平磷矿，四川绵竹 618200 摘 要：盲中段独头巷道掘进的通风数值流场是这种巷道通风理论和通风设计的基础。本文根据空气动力学基本理论，对盲中段独头掘进巷道物理模型进行了合理的简化处理后，建立了独头巷道压入式通风的数学模型，并应用计算流体动力学(CFD)的方法模拟了独头巷道压入式通风的数值流场，从理论上得出了盲中段独头巷道掘进通风的空气流场，对模拟所得结果进行分析和可视化。该研究可以为设计盲中段独头巷道有效的通风方案提供相关依据。 关键词：盲中段独头巷道；计算流体动力学；空气流场；数值仿真 The single-blind Tunneling Numerical Study of Ventilation Yang hai bo(1,2)，Yang bao gui（1），Lin xue hua(2) 1:China University of Mining Technology (Beijing),100083 2:Haohua qing ping Corporation of De yang.Sichuan,618200 Abstract: The ventilation flow of single-blind Tunneling is the base for ventilations theory and design. Based on the basic theory of aerodynamics, do a simplified treatment on the physical model of single-blind Tunneling .Establish the model for the single-blind Tunneling. Do a computational fluid dynamics (CFD) simulation of the single blind tunneling’s ventilation flow field. The simulation results for analysis and visualization. The study can be used to build the ventilation system. Key words: single-blind Tunneling; computational fluid dynamics; the air flow field; numerical simulation 1 前言 盲中段独头巷道是非煤矿山常见的开拓方式，具有掘进速度快，成本低的优点。在这种巷道的掘进过程中，常采用压入式局部通风的方式来解决通风需要，保证新鲜空气的压入和有毒气体的排出，对保障安全生产和掘进进度有十分重要的意义。 独头巷道的压入式通风风筒一般布置在掘进巷道的一侧，沿巷道侧壁形成贴附射流。风流从风筒射出后，起始按自由射流规律流动。但由于受独头巷道局限空间的限制和风流的连续性，不久便出现了与射流方向相反的流动，从而产生回流运动。[1] 计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)被越来越多地应用到了矿井通风系统的分析和研究中。本文采用大型商业化CFD软件Fluent对盲中段独头巷道的空气流场进行数值仿真。得到相关数据，从而为进一步研究打下基础。 2 盲中段独头巷道空气流场的三维数值仿真 独头巷道的空气流场十分复杂，具有典型的三维分离流动特性，一般可以看作定常、不可压缩的三维流场。控制一切流体流动的基本定律是质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。由它们可以分别导出连续性方程、动量方程(又称纳维尔-斯托克斯方程)和能量方程[2]。 2.1基本的控制方程[3] 1)通用形式 2)连续方程 3)运动方程 4)湍流能量输运方程 5)湍流能量耗散率方程 上式中：为流速；p为压强；k为湍流能量；为湍流量粘性耗散率；为湍流粘度系数；为湍流有效粘性系数；为湍流能量有效扩散系数；为湍流能量粘性耗散率有效扩散系数； ,为常数。 2.2 物理模型和实体建模 盲中段独头巷道物理模型如图1所示，中段高度50米，在斜井倾角不大于30度的情况下，分别取上中段车场长100米，盲中段巷道100米长，斜井平距100米。 巷道断面为三星拱，具体尺寸如图2所示,采取压入式局部通风方案[4]，风筒直径为600mm，悬挂高度为1600mm，风筒出口距离巷道碛头的距离为10m。 本文采用三维CAD软件来建立实体模型。模型对独头巷道实体外形作了简化处理，