引水隧洞施工通风Euler-Lagrange两相流大涡模拟

目前,地下通风两相流研究主要集中在矿井巷道通风且研究多采用雷诺时均法,无法准确获取湍流瞬态信息以及尘粒在湍流脉动影响下的瞬时运移规律.本文基于分子动理学理论,建立考虑热交换的三维非稳态EulerLagrange两相流颗粒轨道大涡模型,实现了对引水隧洞施工通风两相流的大涡数值模拟,揭示了引水隧洞风流场瞬态发展机制及颗粒在大涡结构影响下的运移规律,并验证了模型的准确性.运用该模型模拟某水电站引水隧洞施工通风排尘过程,结果表明:大涡模拟能捕捉到湍流脉动细节,结果较雷诺时均法更接近实际;通风可有效降低工作面附近温度;颗粒分布由初始的颗粒簇逐渐弥散,最终对隧洞全断面造成污染;通风3,700,s后,绝大多数颗粒从隧洞出口排出.     

复杂长竖井引水隧洞施工通风两相流模拟研究

复杂长竖井引水隧洞纵横交错的洞室布置和上下平洞间的大高差导致其通风散烟困难,然而施工通风效果的好坏直接影响工程施工进度和施工安全.现有引水隧洞施工通风两相流数值模拟研究多是针对单一隧洞或同平面的交叉隧洞,并且其网格独立性分析局限于通过单一经验公式验证.本研究首先提出综合考虑气固两相相互作用力和上下平洞大高差导致的压差作用影响的复杂长竖井引水隧洞施工通风三维非稳态欧拉两相流数学模型,并且通过与现场实验数据对比,验证了数学模型的可靠性;其次,采用偏斜度指标、速度变化百分比以及经验公式对网格独立性进行分析,得出合理的网格划分方案;最后,结合实际工程,模拟得出复杂长竖井引水隧洞施工通风过程中的风流结构分布和污染物(粉尘、CO)迁移变化规律,并基于模拟结果得出合理的通风散烟时间.     

深部矿井季节性通风风流与围岩换热特性

 针对矿井通风入口风流季节性差别大的现象,对不同季节通风巷道风流温变规律进行现场测试,建立巷道围岩-风流换热的数学物理模型,数值模拟通风风流与围岩的换热特性。研究结果表明,风流在煤巷中流动过程中不断与围岩进行热交换,进而导致风流温度不断升高,但在工作面段风流升温缓慢,数值计算结果与实测结果相吻合。不同季节通风巷道内风流升温效果差别明显,入口风流温度越低,风流在巷道内流动相同距离时,温度越低,但温升越大。     

基于FLUENT的大倾角综放面通风降尘系统

针对大倾角综放工作面倾角大、风流运动多变导致通风系统复杂、最优排尘风速难确定等问题,基于气固两相流动理论,建立大倾角综放工作面仿真模型.通过FLUENT软件进行数值模拟,研究了不同通风方式下综放工作面风流运动规律和粉尘分布、上行通风与下行通风的降尘机理及大倾角综放工作面的最优排尘风速.结果表明:上行通风时,人行道空间的沿程粉尘质量浓度为1200~1600mg/m3;下行通风时,人行道空间的沿程粉尘质量浓度为460~600mg/m3.下行通风方式更加适用于大倾角综放工作面.最优排尘风速为25~28m/s,入口风速不宜超过30m/s.对比工作面现场实测粉尘质量浓度与数值模拟分析可知,二者结果较为一致,验证了数值模拟结果的可靠性与准确性.研究结果可为大倾角综放工作面采取有针对性的防尘措施提供理论指导.     

不同参数对综放工作面尘流运动规律的影响

基于耦合的离散相模型,应用CFD软件对综放工作面内的尘流规律进行数值模拟,对比研究不同倾角、不同配风量、不同粒径粉尘参数对综放工作面粉尘浓度分布规律的影响,并与现场实测的粉尘浓度分布情况进行对比分析.结果表明,大倾角综放工作面内风流更趋于流向靠近煤壁的空间.倾角增加,呼吸性粉尘运动活跃.适当增大风量后,呼吸性粉尘易被风流携带,粉尘浓度降低明显,但风速过大易产生二次扬尘.     

铁路隧道压入式通风流场分析及施工参数优化

台阶法具有适应性强、应用较广泛等的优势,但鉴于台阶法施工隧道有限空间结构的特殊性,对台阶法施工铁路隧道压入式通风流场进行研究分析,并对隧道通风施工参数进行优化.依托兴泉铁路某隧道,采用流体力学分析软件FLUENT,针对台阶法施工隧道压入式通风风管位置、风管出风口距工作面距离、台阶长度及台阶高度等因素对流场的影响进行数值模拟,分析不同工况下的流场特征并进行相应参数优化.结果表明:隧道通风在台阶法施工隧道中是有限空间的受限贴附射流,并且风管侧部布置更有利于空气流通,同时发现台阶的存在在一定程度上不利于洞内空气的流通,风管出风口距工作面的距离、台阶长度和台阶高度之间存在优化组合.     

综掘面粉尘运移规律模拟及实测对比

为深入研究综掘面粉尘运移规律,根据气固相两相流理论,采用离散相模型对综掘工作面粉尘运移规律进行了数值模拟.得出粉尘质量浓度分布存在3个区域:射流区、回流区及涡流区,粉尘质量浓度从掘进面到巷道出口沿程上总体上先快速下降,然后缓慢下降,最终趋于稳定,在掘进机前出现质量浓度峰值.通过分析掘进机对风流流场及粉尘质量浓度分布的影响,得出了掘进机影响下的粉尘分布规律;通过现场实测与模拟结果的对比分析,验证了数值模拟的可靠性,得出了压入式通风风流作用下的粉尘运移规律,为综掘巷道安全、可靠、有效的粉尘防控技术的研究和粉尘质量浓度的降低提供了科学依据.     

隧道通风管道布置参数对瓦斯运移特性的影响

为了研究通风风管在瓦斯隧道施工通风中对瓦斯扩散的影响,通过CFD数值仿真,建立瓦斯在隧道内的运移模型,详细探究了不同风管直径、风管口距工作面的距离、风管悬挂位置以及风管贴壁间隙四个风管布设参数对隧道风流场及瓦斯分布规律的影响。结果表明,风管直径对于工作面上瓦斯体积分数场具有显著的影响,风管直径减小会导致隧道空间瓦斯体积分数增加,且瓦斯体积分数增加的程度远大于风管直径减小的程度。风管布置在拱肩处更有利于瓦斯的排出和保障隧道安全施工。随着风管出风口距离工作面距离的不断减小,隧道内瓦斯体积分数越低,并且隧道内部空间瓦斯分布越均匀,越不易发生瓦斯的局部积聚现象。风管顶端离隧道拱顶的距离越远,隧道内瓦斯体积分数越高,断面瓦斯分布均匀性也越差。在单因素试验情况下,可以看出风管的最佳组合方式为风管直径为1.8m,风管位置为拱肩,风管出口距工作面的距离为5m,贴壁程度为0.5m。     

综采工作面粉尘运动规律的数值模拟

运用气固两相流动理论,建立粉尘运动的数学模型. 根据综采工作面的具体特点和实测数据,采用计算流体力学的FLUENT软件,对工作面的粉尘运动规律进行数值模拟. 模拟结果显示,粉尘产生后多数随风流在煤壁一侧运动,少数粉尘随机扩散. 综采工作面的除尘重点应该放在采煤机下风向10m以内的煤壁一侧;预湿煤壁对降低工作面粉尘浓度也有很大作用.     

不同防排水条件下深埋隧洞衬砌外水压力研究

深埋隧洞的高外水压力问题影响隧洞开挖过程围岩稳定及衬砌结构安全.结合某调水干渠深埋引水隧洞,建立稳定渗流计算模型,考虑隧洞不同防排水条件和岩层分布,模拟计算隧洞衬砌外水压力及其折减系数取值方法.研究表明,采用排水孔和固结灌浆联合防渗加固措施可减小深埋隧洞洞室衬砌所受外水压力;而上覆地层存在隔水层较均质岩层隧洞衬砌外水压力有所降低;地勘规范估算所取的折减系数过于保守,隧洞衬砌处外水压力水头与地下水位的比值作为衬砌外水压力折减系数更为合理.     

岩巷综掘面混合式通风除尘数值模拟研究

本文结合气固两相流动理论,建立综掘工作面粉尘运移的数学模型,采用流体力学软件,对不同通风条件下综掘面的粉尘浓度分布进行数值模拟。研究发现:在只有压入式通风时,工作面附近流场稳定性差,粉尘随风流扩散不易沉降,在距工作面30 m范围内粉尘浓度较大;采用混合式通风除尘方式后,粉尘在未完全扩散前被抽走,只有小部分向巷道扩散,具有较高的除尘效果,并确定了风量压抽比为2∶3的"以抽为主,前压后抽"混合式通风除尘效果较好。     

机掘工作面旋流通风作用机理探讨

在理论分析的基础上,利用Fluent计算流体力学软件对这种通风方式的掘进工作面风流流场进行了数值模拟,并与长压短抽通风方式进行了对比,结果表明,旋流通风不仅能有效地控制机掘工作面粉尘扩散,提高通风装置集尘效果,而且能吹散工作面顶板瓦斯,防止工作面瓦斯局部集聚,在机掘工作面通风防尘及安全保障方面具有很好的应用前景。     

深埋引水隧洞不同排水方案渗流场及衬砌外水压力研究

深埋长引水隧洞排水措施的布置与隧洞渗流场及衬砌外水压力关系密切,是保证围岩及衬砌结构安全的重要举措.结合滇中引水工程大理Ⅱ段深埋长引水隧洞,采用ABAQUS数值模拟的方法对不同排水方案下隧洞渗流场及衬砌外水压力变化规律进行了研究.结果表明,排水措施的布置能有效降低衬砌外水压力,但不同部位降低幅度不同,排水孔附近衬砌外水压力降低幅度较大,距离孔越远水压降低幅度越小;且排水孔数量越多,衬砌全范围内水压力降低越明显.研究结果可为西南深埋长隧洞工程防排水系统设计提供借鉴和参考.     

长压短抽式通风综掘工作面粉尘分布规律的数值模拟

以平煤集团十一矿综掘工作面为研究背景,根据经验和实际情况,确定了与掘进机相配套的长压短抽式通风除尘系统. 运用数值分析和现场测试相结合的方法,对综掘工作面粉尘分布规律进行了研究. 基于GAMBIT技术建立工作面的几何模型,应用计算流体力学FLUENT软件对该工作面应用长压短抽式通风除尘系统前后的粉尘分布进行数值模拟. 数值模拟结果与现场粉尘质量浓度测试结果相近. 结果表明,采用长压短抽式通风除尘系统除尘效率达95%以上,可使综掘工作面的粉尘质量浓度接近或达到1.0×10-5kg·m-3.     

TBM施工中通风和散热问题的研究

针对TBM施工中的通风和散热问题进行研究,分析了风管安装中的风管漏风量及常用典型漏风计算公式,并运用热贯流系数概念推导出冷水输送温度和管道长度的连续函数关系式,确定出工作面的供水温度。结合超长遂洞TBM施工通风和降温实例,利用FORTRAN语言编制了计算机程序,能够较准确、快速的解算施工中的通风和降温问题。     

隧洞外水压力物理模型试验研究

深埋隧洞高外水压力问题严重影响着隧洞开挖过程围岩稳定及衬砌结构安全,合适的确定方法对保证工程稳定运营显得至关重要.依托"引大济湟"调水总干渠深埋引水隧洞工程,进行了相似物理模型试验,研究了不同岩层结构和排水条件下外水压力大小及围岩渗流场分布规律的变化.对比分析了物理模型试验值、地勘规范估算值及经验取值区间三者之间的差异.结果表明,排水孔的设置会引起围岩地下水位的下降,隔水层可减轻地下水位下渗对隧洞的影响,同时外水压力折减系数物理模型结果βt基本满足经验折减系数区间,可为衬砌外水压力提供可靠的依据.     

对流换热系数考虑温度影响时对锂电池热扩散影响的数值分析

基于电化学-热耦合模型，以4节18650锂离子电池为研究对象，分析考虑温度效应时的对流换热系数对锂电池热扩散的影响及其程度。首先基于传热理论中的流体横掠顺排管束平均表面换热系数计算方法，计算得到不同温度和流速下锂离子电池表面对流换热系数，通过曲线拟合得到空气流速分别为0.05、0.1、0.2和0.3 m/s时对流换热系数与温度的函数关系，得出对流换热系数与温度不完全呈线性变化；其次基于以上函数关系，通过数值模拟分析了考虑温度效应时的对流换热系数对锂电池热扩散的影响。结论表明，考虑温度效应时的对流换热系数对锂电池温度场影响的程度不同。当空气流速分别为0.05、0.2、0.3 m/s时，锂电池的温度函数使锂电池放电过程中的温差变化均小于1%；但是当空气流速为0.1 m/s、锂电池放电至729 s时，考虑温度因素的对流换热系数的温度场比常数时的温度场下降了21.71%。该影响规律与不同流速下对流换热系数随温度变化相一致，也表明对流换热系数与流速、温度均有关，而且对流换热系数越大，锂电池越容易与外界空气发生热交换，锂电池放电过程中温差越小。     

水淹工作面瓦斯综合排放技术

综采工作面在回采过程中突然出水,并伴随瓦斯涌出量增加,抽水过程中工作面抽水泵故障,水面上升导致下隅角被水淹没,进而导致工作面通风系统被切断,工作面瓦斯含量急剧增高。在恢复通风过程中,工作面、上隅角及支架间瓦斯浓度高。排放瓦斯历时较长。在不影响进度和尽量减少投资的情况下,采用了增大工作面供风量,上隅角安设水炮弹、架间安设多分支送风管等措施后,工作面瓦斯浓度降低,回风流的瓦斯浓度控制在了0.4%以下,保证了运输巷的正常排水,为工作面恢复全风压通风赢得了时间。     

综采工作面割煤时粉尘运移变化规律的数值研究

综采工作面是煤矿粉尘的重要来源之一.为了有效治理综采工作面粉尘,采用数值模拟的方法,对粉尘在工作面的运动变化规律进行研究.结果表明:在相同粒径下的粉尘颗粒,通风风速越大,粉尘颗粒的通风降尘率越低;并提出了综采工作面产尘点后方形成粉尘快速扩散带、呼尘弥漫带、稳定悬浮带等3个粉尘运移带,其中粉尘快速扩散带作为粉尘源头,是综采工作面粉尘治理的关键区域.     

建筑外表面对流换热系数的CFD模拟

建筑外表面的对流换热系数是建筑节能和城市环境模拟的重要参数.文中首先对萘升华技术实测的建筑楼顶水平表面对流换热系数与计算流体力学(CFD)的模拟结果进行对比,验证了CFD模拟技术在建筑外表面对流换热系数研究中的可适用性,然后利用CFD计算模型对单一建筑和5种建筑群的外表面对流换热系数进行模拟计算,结果表明:每一单体建筑表面的对流换热系数均是楼顶表面最大,背风墙表面最小,侧墙表面和迎风墙表面几乎相等;建筑之间的间距越大,建筑表面对流换热系数也越大;高层建筑会使本身及其附近建筑外表面的对流换热系数增大;在建筑群相互遮挡的情况下,风向的改变会导致建筑外表面对流换热系数的变化.也就是说,建筑外表面对流换热系数受到风速、风向、建筑密度及周围建筑高度的强烈影响.