井巷围岩与风流的不稳定换热

通过对矿内风流与巷壁换热过程的理论分析，得出了围岩与不稳定以流换热系数的解析式、理论解和实用式，导出了风流温度变化和围岩调热圈的计算方法。通过兖州东滩矿4306运顺掘进巷道风流与围岩换热的进行现场实测和分析计算，得出了掘进围岩调热圈与掘进时间呈平方跟关系变化、不稳定换热系数随掘进时间呈负幂指数变化的规律。     

掘进巷道油型气扩散规律数值模拟

根据掘进巷道风流流场特点,应用计算流体力学(CFD)软件ANSYS的Realizable k-ε双方程模型模拟了掘进工作面的油型气与风流质量混合过程。探讨了掘进工作面风流流场和油型气的主要成分CH4浓度分布规律,对比了油型气在掘进巷道底板不同位置涌出的扩散规律。研究表明,涌出点在涡流内部区域时,油型气与巷道风流混合得更充分;涌出点距掘进头一定距离之后,油型气涌出后随风流方向运动,且巷道顶部浓度较高;涌出源为垂直于掘进方向的裂隙时,油型气扩散后CH4浓度在高度上的浓度差较小,裂隙平行于掘进方向时,高度上的浓度差较大。     

深井高温工作面的围岩散热效应研究

深井工作面高温热害严重影响着煤矿的安全生产,而围岩散热是高温热害的主要热源体。为了探索高温围岩散热对巷道内通风风流温度的影响规律,以淮南矿业集团某高温工作面为工程背景,采用理论分析和数值模拟方法对工作面及两侧巷道内风流的温度场分布规律进行了研究,并与现场实测结果进行了对比分析。结果表明:1)随着巷道走向的延伸,巷道内风流的温度以e指数的形式呈增高趋势,巷道越长,在其末端风流温度越接近巷道围岩温度;2)在工作面与运输巷和轨道巷相交区域,由于风流涡旋效应,该区域风流热量不易散出,形成风流温度场与速度场的异常区域,也是回采工作面高温热害治理的关键区域。     

深埋巷道围岩温度场的数值模拟分析

为了研究深埋巷道围岩温度场的分布规律．基于传热学和渗流理论建立了深埋巷道围岩的热扩散数学模型．结合边界条件采用MATLAB对其进行了数值求解,获得了在风流和渗流耦合作用下围岩的温度场和温度矢量分布。研究结果表明,无渗流状态下温度场和温度矢量呈对称分布,风流速度对温度分布有明显的影响,但不改变其对称分布的状态。渗流改变了温度场和温度矢量原有的对称分布的状态,热交换平衡区随着渗流速度的增加,将向顺渗流的方向移动。     

掘进工作面风流流场和瓦斯分布数值模拟分析

为了准确掌握掘进工作面涌出瓦斯的分布状况和瓦斯积聚的规律,利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对局部通风掘进工作面的风流流场进行了数值模拟,建立了用于工作面流场模拟的几何模型,确定了通风流场的数学模型,并与试验结果相对比验证了模拟结果的准确性。研究表明:使用RNG k-ε双方程湍流模型对工作面的流场进行模拟,能够得到比较可靠的流场,在此基础上采用瓦斯源对局部通风掘进工作面的瓦斯分布进行了数值模拟,风筒布置于巷道顶部时瓦斯主要积聚于巷道两帮下部,回风瓦斯浓度模拟结果与理论计算值一致。     

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.     

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。     

油型气涌出矿井局部通风排瓦斯优化

为了对油型气涌出条件下掘进巷道局部通风参数进行优化,解决油型气涌出造成的掘进巷道局部瓦斯超限问题,采用仿真软件ANSYS对掘进巷道压入式通风进行数值模拟,运用压入式通风掘进工作面风流流场结构特点,对油型气涌出条件下掘进巷道中CH4浓度分布进行研究,分析了风筒进风速度分别为8,10,12 m/s以及风筒直径分别为0.6,0.8,1 m时,油型气主要成分CH4在巷道中的扩散规律。研究表明,当风筒风速由8 m/s增加到12 m/s,风筒直径由0.6 m增加为1 m时,油型气与巷道内风流混合更加充分,高浓度CH4区域更小,工作面回风瓦斯浓度在0.5%左右,符合《煤矿安全规程》规定。由此可见,掘进巷道有油型气涌出时,根据工作面实际情况适当的增加风速,增大风筒直径可以有效地排出底板油型气,有效预防局部瓦斯超限,改善掘进工作面作业环境。     

煤矿井下热害分析与风流温度预测

针对矿井热害问题,在统计国内外矿井产生热害原因的基础之上,分析得到风流与围岩热交换及风流压缩放热是大多数矿井产生高温的主要因素.通过对巷道围岩温度场的解析和干燥巷道风温的预测,进一步指出了井下风流温度的分布规律,从而为制定矿井降温措施提供可靠的理论依据及必要的基础资料.     

巷道煤体漏风规律研究

在分析缩放开采条件下巷道煤体所处环境的基础上，通过对巷道松散煤体中漏风风流的流态、渗透系数、漏风动力等关键因素的分析研究，探讨了巷道煤体的漏风规律，推导出了巷道松散煤体的渗透系数的表达式，漏风强度、风压梯度与空隙率之间的关系式，以及总体漏风强度的表达式，研究结果表明，巷道松散煤体中的漏风流态为层流，其漏风动力主要由风流沿巷道的压力降、巷道煤柱两侧的压力差、热力风压、巷道起伏引起的动压差和巷道风流的位压差构成。为研究巷道煤体自燃规律及防潮技术提供了一定的理论基础，具有重大的现实意义。     

采煤机对回采工作面风流温度场影响

从质量和能量守恒定律出发，研究矿内风流流场和风流温度场的分布规律及其耦合作用机理，导出了矿井风流紊流流动和温度分布的微分方程。采用紊流模型的K-ε方程封闭方程组，采用SIMPLE方法，利用PHOENICS程序进行数值求解。通过数值模拟，初步得出了矿井回采工作面风流流场、温度场与采煤机在工作面的位置和采煤机割煤方向的变化规律，采煤机是回采工作面的主要高温热源之一。     

煤层巷道预排瓦斯带的流固耦合效应数值模拟

针对在研究本煤层瓦斯涌出规律时,没有准确方法确定煤层巷道预排瓦斯带宽度的问题,基于瓦斯渗流和煤岩变形理论,建立含瓦斯煤岩体瓦斯渗流方程和煤岩巷道变形场方程,确立了煤层巷道预排瓦斯带流固耦合数学模型,以沁水煤田综掘煤层巷道作为实例进行数值模拟计算,研究得出含瓦斯煤岩巷道损伤的时空演化规律.提出基于示踪原理的实测煤层巷道预排瓦斯带宽度的方法,实测考察与数值计算结果具有一致性.研究提出的方法能够解决煤矿工作面瓦斯涌出量预测精度问题.     

独头巷道掘进压入式通风流场特征数值分析

 独头巷道掘进过程中压入式通风流场是受空间限制的受限贴附射流,其特征对巷道通风有着重要影响。以凡口铅锌矿为例,建立了独头巷道受限贴附射流流场的标准k-ε数学模型,确定了模型的边界条件,在采用GAMBIT划分网格的基础上,运用计算流体动力学（CFD）软件FLUENT对受限贴附射流流场特征进行了数值模拟分析。结果表明,独头巷道压入式通风流场具有3个主体区域,即贴附射流区、冲击射流贴附区和回流区;受限贴附射流起始段长度小于运用射流理论计算得到的理论值,受限射流完全贴附后,射流壁面轴心速度大于管道中心入口速度。研究揭示的流场特征可为改善独头巷道掘进通风效果提供理论依据。     

扰动条件下细粉质砂土浆体流场PIV试验研究

基于高速粒子图像测速技术(PIV)对粉细质砂土浆体在扰动条件下颗粒流场的流动规律以及颗粒分选现象进行研究,PIV测试实验采用黄河三角洲地区分布的细粉质土层为实验级配土样,通过对扰动条件下浆体流场变化的PIV实验结果与颗粒迁移受力情况分析,建立扰动条件下细粉质颗粒分选流膜理论模型,研究结果表明,随着F_扰动逐渐增大,当流场中颗粒在F_扰动逐渐大于G_自重时,侧边μ_孔隙逐渐增大,沉积土层逐渐液化,而PIV观测的浆体流场结构,随着人工扰动力增强,扰动力上升方向与自由面之间形成负涡量涡旋区域后,且涡旋区域伴随主循环逐步扩大,由上部逐步下沉形成完整主循环涡旋结构,根据PIV流线测试可知颗粒迁移路径形成的区域呈现上宽下窄分布;对静置后的土层取样进行颗粒级配、塑液限、压缩性等实验分析,扰动后的土体呈现分层沉积,粒度特性呈上粗下细,粒径是造成颗粒扰动后分层沉积的主要原因,黏度造成黏粒颗粒在扰动迁移运动过程中粘聚富集,压缩性表明在流动过程中的土体结构变化规律呈上扰下固;本文通过试验现象以及力学分析建立浆体流膜分选理论分析模型,与PIV测试试验结果分析较为吻合,能够有效解释扰动条件下粉细质砂浆体流场运动及颗粒分选规律,并为相关工程提供理论基础。     

旋风除尘器内部流场的数值研究

运用计算流体力学软件FLUENT,对旋风除尘器内部流场进行了数值模拟,利用模拟结果对旋风除尘器入口不同位置气流在除尘器顶部的环形空间的运动轨迹进行分析研究,探明了气流在环形空间的运动规律和基本特征,阐明了旋风除尘器顶部"尘环"形成的根本原因,指出了粉尘发生短路的原因和多发区域,在此基础上就除尘器的增效问题给出了改进方案。     

双辊铸轧过程中水口对熔池内温度场和流场的影响

双辊铸轧过程中,熔池内金属的流动状态及温度分布直接影响着铸轧过程的稳定性及铸带产品的质量.对双辊铸轧不锈钢过程进行了流热耦合三维有限元分析,主要对浸入式水口出口角度及水口浸入深度对熔池内流场和温度场的影响规律进行研究.研究发现,当水口出口角度大于15°时,熔池内出现双漩涡现象,双漩涡的存在不但改变了熔池内金属流动和溶质分布规律,而且对熔池内的温度场产生影响,使熔池表面温度差异减小,有利于提高铸带表面质量.水口浸入深度增加,熔池表面温度降低;浸入深度过浅,熔池表面温度差异增大,对带钢的表面质量不利,模拟研究结果为合理的水口设计提供了理论依据.     

金川矿区深部巷道围岩流固耦合稳定性数值模拟

 地下水渗流会影响巷道围岩力学性质,本文结合流固耦合基本原理,以金川二矿区深部巷道为例,采用MIDAS/GTS建立了金川二矿区1000m水平某巷道流固耦合模型,研究渗流对围岩应力场、围岩变形及开挖卸载影响。计算结果表明,渗流作用对巷道围岩竖向应力的影响大于水平应力,渗流也导致围岩最大、最小主应力比无水时偏大。渗流和无水状态下围岩变形空间分布具有相似性,渗流对巷道围岩水平位移影响相对较小,但对围岩竖向位移影响较大,其中巷道拱部竖向位移明显大于无水状态,渗流时拱部最大位移约为8.2mm,而无水时仅2.3mm左右。因此,渗流效应将导致巷道顶板稳定性变差。开挖卸载对渗流场的影响表明,开挖后巷道周边压力水头迅速降低,孔隙水压力最小降为零,且孔隙水压力也从水平层状分布变为沿巷道轮廓环形带状分布。     

折板除沫器流场与分离效率的数值模拟

选取颗粒输运多相流模型和RNGk-ε湍流模型,运用ANSYS12．1软件的CFX模块对折板式除沫器内部气液两相流场及分离效率进行了数值模拟．通过数值模拟所得液滴的运动轨迹、速度、压力和漩涡分布来深入分析内部流场情况,为优化除沫器结构设计,改进其力学性能提供理论基础．数值模拟计算结果表明,在不同液滴直径下除沫效率随转折角、级数、折板间距和气流速度都有一定的变化规律．该计算结果与已有理论计算及实验结果保持一致,对进一步修正完善理论计算和工业设计具有指导意义．