循环型矿用空气幕出口风速对隔断风流效果影响的数值模拟.pdf

2011年8月
矿些安金与係
第38卷第4期
循环型矿用空气幕出口风速对隔断
风渧效果影响的数值馍拟
赵玲,蒋仲安
.北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;2.江西理工大学资源与环境工程学晥,江西州341000)
摘要:根据空气幕隔断巷道风流的具体持点,建立了风流流场的数学模型。采用计算流体力学的
FLUENT软件,对不同风速下的压力场及速度场进行数值模拟,其结果与理论数据相吻合。模拟结果显
示,根据静压及速度梯度可将风流流颕分为稳定的上、下游区及变化剧烈的回流区,为数据测量提供依
据。空气幕出口风速降低,有效压力随之降低,会使凝风量进一步增加,在设计空气幕时,其隔断能力与
所需屬断压差要匹配。
关键词:矿用空气幕;出凤速;隔断风流;流场;偵模拟
中图分类号:TD72
文献标志码:A
文章编号;1(008-4495(20104-0018-03
矿用空气幕由风机、供风器及整流器组成,安装
在巷道侧壁的硐室内,在难以设置风门的运输巷道
内可以代替风门、辅助通风机或风机机站及风窗,可
k方程
有效调控井下风流,确保井下风流的有序流动,有效
解决T作面供风不足、漏风、污风循环等风流调控的
G ou,k)
Oax, I U
-p8(3
技术难题,对促进矿井的安全生产具有重要意
s方程:
义-?。供风器出口风速是影响空气幕性能的一个
E
重要参数,在此提出了循环型矿用空气幕隔断巷道
dr. lpu e
风流流场的数学模型,数值模拟了供风器出口风速
对空气幕隔断能力的影响,可为空气幕最优运行参
数提供依据
其中,=CnP
1风流流场的数学模型
die
dx: I dx. ax
将气体流动简化为定常不可压的绝热流动,则
气体流动控制方程组采用三维稳态不可压 Navier
式中:G为剪切力变化产生的湍动能交化率
Stokes方程,湍流流动采用目前广泛使用的标准k-e
kg/(s2:m);k为湍动能,mn2/s2;e为湍动能耗散率,
双方程模型34,具体方程为
m2/s3;a为层流黏性系数,Pas;L.,为湍流黏性系
连续方程
数,Pa?s;P为湍流有效力,Pa;p为气体密度,
为x,y,x方向上的坐标,m;,化为流体
d. pu,)=0
在x,y,3方向上的速度,m/s;Ca,C2,C
为常
运动方程
数,分别取1.4,1,92,0.09,1,3,1,0
2几何模型的建立及边界条件的设定
2.1几何模型的建立及网格划分
收稿日期:2010-11-10;2011-04-28修订
根据相关文献中类似几何模型的建立方
作者筒介:赵玲(1974-),女,博士砑究生,副教投,主要
法,结合矿用空气幕的特点,将模拟巷道设定为
从事每山安全方面的研究工作。E-mail:jxlgdxzl@163.com
宽3m、高2.2m的矩形,而巷道长度则以不影响风
2011年8月
矿业金与保
第38卷第4期
流流场为宜9-1?,取30m;空气幕供风器出口宽
0.25m,长2.2m,空气幕射流轴线与巷道轴线夹角
-40-30-20-1001020304050
为309,回风口直径为1.1m。空气幕安装在巷道硐
室内,除空气幕回风口与硐室壁面有空隙外,空气幕
与硐室的其他壁面假设为无空隙。使用 GAMBIT建
、11,._ュ
立循环型空气幕隔断巷道风流的几何模型,如图1
所示。采用四面体网格,网格步长取0.08-0.2m,
(a)出口风速18m/s
网格数量为1306363个。
G
出风口
出口风速22
以
(e)出口风速23.4m/s
图2流场静压云图
图]循环型空气幕隔断巷道风流的几何模
relocity- magnitude:01.534.567.591051213.51515.51819.52L225
2.2边界条件的设定
将 GAMBIT完成的几何模型导入到 ELUENT
,根据有效压力平衡原理,设置边界条件:巷道
0
10
入口静压为50Pa,H口静压为0;空气幕供风器出口
x/m
作为速度入口,模拟计算中采用不同的速度,风速分
(a)出口风速18m/s
别设定为18.0,19.0,20.0,21.0,22.0,23.0,23.4
24.0m/s;空气幕回风口速度按式(7)计算;水力直
径按式(8)计算;湍流强度按式(9)计算。
161s202s
4. S
回风口速度:n=
(b)出口风速22m/s
式中:の,为回风口速度,m/s;S。为供风器出口面积,
m2;为供风器出口风速,m/s;D2为回风口自径,m。
-2
水力直径:Da=4A/x
8
(c)出口风述23.4m/s
式中:D1为水力直径,m;A为过流断面积,m2;x为混
图3流场速度云图
湍流强度:
0.16(Rer
由图2--3可知
1)根据静压、速度分布规律,可将流场划分为
式中:u',正为満流脉动速度与平均速度,n/s;Ra为3个区(见图2(e)及图3(c):FI区为上游区
按水力直径计算的 Reynolds数。
F2区为回流区,3区为下游区。在F1、F两区内静
3模拟结果及分析
压、速度分布均匀。在F2区内,由于横向风压及风
机压力的作用,从供风器内喷射出的气流发生弯曲、
3.1风流流场的静压及速度分布
回流,静压、速度变化刚烈
将 FLUENT计算出的结果导入 TECPLOT进行
2)随着空气幕出口风速的增加,回流区向F1区
后处理,得到y=1.1m巷道截面的空气幕不同出口方向扩展,空气幕出风口到上游稳定区的距离增加,
风速下的流场静压和速度分布,如图2-3所示。
由图2(c)及图3(c)可知,当空气幕完全隔断风流