综放采空区自然发火规律动态数值模拟

数值模拟是研究煤层自燃规律,实现自燃预测预报的重要方法.建立了含自然对流、强制对流及扩散的传质、传热与煤氧化相耦合的采空区自燃数学模型;通过现场监测确定了陈家沟煤矿下分层综放开采时,采空区自燃数值模拟相关区域的范围及其边界条件;实验测定了陈家沟矿煤样在不同温度时的耗氧速度和氧化放热强度,并按照Arrhenius定律拟合出其函数关系式;在此基础上实现了采空区自燃的动态数值模拟.开展了系列数值模拟实验,得到了不同工作面推进速度时采空区空气渗流速度场、浓度场及温度场随时间的变化规律.研究得到不发生煤层自燃的工作面最小推进度为3 m/d,当工作面推进度长期小于3 m/d时,采空区进风侧首先出现煤层自燃.     

圆柱形煤自然发火实验台的数值模拟研究

XK型煤低温自然发火实验台能够较好地模拟实际条件下煤体的自燃过程，但由于受模拟实验用煤量大、周期较长、费用较高等条件的限制，不可能对各种不同条件下的煤样自燃过程进行多次实验模拟。为此，本文根据圆柱形实验台结构特点和煤样自燃特点，建立圆柱形实验台煤样自燃过程二维数学模型；然后，应用有限差分法对自然发火模型进行数值计算。最后，以兖州东滩矿煤样自然发火实验为基础，对圆柱形煤样自燃过程进行数值模拟，其结果与实验基本一致。     

采空区自然发火位置相似模拟模型

为了研究不同类型的采空区漏风对采空区自然发火的影响,依据采空区的漏风状态不同,把采空区划分成不同的火灾危险区域,以此判断采空区发火位置.研制了相似模拟模型,针对采空区自然发火问题进行了多项模拟实验,观测并绘制了不同风量下采空区风压等值线及风流分布图;绘制了采空区不同位置漏风情况下风压等值线及风流分布图;绘制了上隅角设置瓦斯排放风筒后采空区风压等值线及风流分布图;设计了采空区充填带,并获得了采空区风压等值线及风流分布图.     

采空区自然发火"三带"划分的数值模拟

结合实例，用迎风有限元方法求解回采采空区漏风渗流方程和氧气渗流耗散方程，从理论上说明采空区氧浓度分布的不均匀衡性，用高氧浓度区与蓄热区迭加确定采空区自燃氧化带，以及在各种边界条件下自燃氧化带形状所发生的变化，得出自燃氧化度与工作面风量近似叶负指数关系，由此导出采空区自然发火危险的判定条件。     

采空区自然发火位置相似模拟模型

为了研究不同类型的采空区漏风对采空区自然发火的影响,依据采空区的漏风状态不同,把采空区划分成不同的火灾危险区域,以此判断采空区发火位置。研制了相似模拟模型,针对采空区自然发火问题进行了多项模拟实验,观测并绘制了不同风量下采空区风压等值线及风流分布图;绘制了采空区不同位置漏风情况下风压等值线及风流分布图;绘制了上隅角设置瓦斯排放风筒后采空区风压等值线及风流分布图;设计了采空区充填带,并获得了采空区风压等值线及风流分布图。     

综放面采空区遗煤自然发火特性研究

综放面采空区的自然发火规律有其自身的特殊性.针对山东东山矿业集团古城煤矿850米采深的综放面采空区,利用光纤光栅温度传感器连续对采空区温度变化进行了92天,走向195 m长的跟踪测试.同时在温度传感器埋设处,又敷设了四路气体抽样束管,连续对采空区的气样成分进行了不间断的分析化验.获得了整个采空区氧气和温度变化变异区和不稳定区,并且分析了高温和低氧区的一些变化规律,对预防煤炭自然发火和促进安全生产有一定指导意义.     

褐煤自然发火特性实验及数值模拟

 为研究褐煤的自然发火特性,采用恒温加热法,对不同尺寸的立方体网状容器内的煤样进行实验,得到煤样的升温曲线和临界自燃点温度。根据实验条件,应用Fluent软件建立煤样升温过程的温度场、空气渗流场和氧气浓度场三场耦合模型。实验与模拟结果表明：煤体体积越大,临界自燃温度越低;当环境温度高于临界自燃温度值,煤体能够自燃,反之煤体不能自燃;煤体升温过程中的温度场、空气渗流场和氧气浓度场是随着时间变化并且相互影响的。     

“Y”型通风下采空区自然发火数值模拟

针对综采工作面"U"型与"Y"型通风特点,建立了多场耦合的采空区自然发火模型,开发了基于有限体积法离散的模型解算程序,结合实例研究了相同条件下"U"型与"Y"型通风对采空区自然发火的影响,给出了不同通风系统下的采空区压力场、速度场、氧浓度场以及冒落煤岩固体温度场的分布情况.对比研究表明:"Y"型通风增大了采空区的漏风量,扩大了较高浓度氧气的分布范围,从而导致采空区温度更高.最后分析了"Y"型通风下的采空区漏风变化特点.该成果对"Y"型通风下的采空区自然发火防治工作具有一定指导意义.     

采空区自然发火动态数学模型研究

根据实际工作面采空区浮煤自然的主要影响因素,在煤低温自然特性实验研究的基础上,推导出了采空区浮煤自然过程的动态数学模型,从而为采空区浮煤自然发火的预测预报及防治技术研究提供理论依据．参４．     

姚桥矿煤最短自然发火期实验和数值分析

针对目前煤炭自然的严重情况，利用大型煤低温自然发火实验台，对煤自然特性参数进行了测定和计算，确定了煤的自然发火期、临界温度、气体产生率、放热强度和极限参数，为煤自然过程的研究和煤自然火灾的预测和防治打下了基础。实验中所得数据能够很好的满足现场要求，实验精度在90％以上。     

综放工作面采空区自燃环境数值仿真研究

为了研究综放工作面采空区"三带"分布规律,以渗流力学、计算流体力学理论为基础,建立三维数学物理模型。以孔庄煤矿7354综放工作面为例,进行综放工作面采空区自燃环境数值仿真研究。研究表明,综放采空区模拟得到的速度场、浓度场和三带划分与现场情况基本符合,论证了仿真技术技术的可行性和有效性。通过比较采取堵漏技术、抽放技术前后三带分布情况,为制定合理高效的自燃防治技术提供了有力的理论支撑。     

煤自燃过程的动态数学模型及数值分析

通过煤自然发火实验和松散煤体粒度与氧化自燃性关系实验，推算出煤自燃过程中一些特性参数的计算公式．根据多孔介质流体力学、传质和传热学理论，建立了松散煤体漏风流流场、氧浓度场和温度场的数学模型．通过实验和理论分析，建立了松散煤体自然发火的三维动态数学模型，分析了模型边界条件的确定方法，并采用有限差分法对二维模型进行了数值求解．     

基于非稳态对流扩散方程高阶紧致差分的煤自燃数值模拟

为提高求解煤自燃非稳态对流扩散方程的有限差分法精度,构造高阶紧致差分格式,采用Richardson外推法进行求解;并针对煤自燃多场耦合模型的求解复杂度,提出一种具有承袭性的解耦策略。利用本文的解法和策略,对宁夏枣泉矿煤进行煤自燃多场耦合数值模拟,模拟计算的结果与相同实验条件下的实验结果相符。     

复杂条件下综采采空区自燃“三带”划分数值模拟

受复杂地质条件影响,用埋管取样分析方法划分采空区三带有诸多限制,采用数值模拟方法成为分析采空区三带的主要手段。本文利用Fluent流体力学模拟软件,对淮南矿业集团潘北1121(3)综采工作面采空区进行流场模拟,并根据采空区内漏风风速划分指标确定了三带的位置及范围。结果表明,氧化带的宽度在40.0m左右,以此推论工作面采空区内部自然发火的可能性较小。最后,改变工作面的供风量,得出不同供风量对采空区三带位置和范围的影响。模拟结果显示,工作面的供风量越大,采空区氧化带位置越向采空区深部延伸,且氧化带的范围越大。     

采空区遗煤自燃带确定及风流场数值模拟

对采空区遗煤状态进行实测与分析 ,并采用有限元数值模拟方法求解综采放顶煤工作面采空区遗煤内的风流运动规律的二维非线性渗流方程 ,从而较为有效地反映出采空区遗煤中风流压力和速度分布情况 ,结合实例 ,给出采空区内自燃发火影响带与工作面供风风量的关系     

煤粉无焰燃烧的数值模拟

用组分输运方法对煤粉的无焰燃烧进行了数值模拟,湍流采用Realizable k-ε紊流模型,颗粒相采用随机轨道模型,挥发分的析出采用化学渗透模型(CPD),湍流化学反应采用涡耗散模型(Eddy-Dissipation),煤粉颗粒表面燃烧模拟采用内表面化学反应动力学模型,辐射传热采用P-1辐射模型.结果表明,实验数据与数值模拟吻合良好;煤粉无焰燃烧时,燃烧反应发生在整个炉膛空间,炉内温度分布较均匀,温差为200K左右,燃烧呈现低O2浓度特征,NOx排放浓度较低.     

平展流燃烧过程的数值模拟

简述了ESCIMO湍流燃烧理论的要点。采用差分数值求解的方法,对描述平展流燃烧过程的时均方程及ESCIMO湍流燃烧理论的“经历”和“统计”方程进行组合求解,得出了平展流燃烧过程近壁（z′/D=0．24)截面上的温度和组分分布,揭示了平展流燃烧区域温度最高且变化平缓,然后逐渐降低的重要特点。其温度及组分的变化规律与实验分析结果是一致的,基本能反映实际燃烧过程的特征,表明文中所阐述的数值分析方法是可行的。     

二甲醚发动机燃烧过程的数值模拟

通过建立二甲醚发动机燃烧模型并耦合入KIVA程序中,使其具有二甲醚发动机燃烧过程的数值模拟能力.用数值模拟仿真计算二甲醚发动机燃烧过程,得到缸内炭烟生成量、NOx排放量、不同燃料防热率等实时数据信息.研究结果表明,仿真结果与试验结果相同,基本反映二甲醚发动机燃烧过程的主要规律.经过与原柴油机工作情况的对比分析,表明二甲醚发动机排放性能较好.     

三维加力燃烧室湍流燃烧的数值模拟

本文对涡扇发动机三维加力燃烧室内的气相湍流燃烧过程进行了数值模拟。湍流模型采用标准ｋ－ｅ模型,湍流燃烧采用涡旋破碎（ＥＢＵ）模型,数值方法采用ＳＩＭＰＬＥ算法。计算结果定性合理。