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局部通风掘进工作面风流流场和瓦斯分布数值模拟

作　者: 徐昆伦
导　师: 高建良
学　校: 河南理工大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 数值模拟 Fluent 流场瓦斯浓度瓦斯源项
分类号: TD712
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 128次
引　用: 3次
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内容摘要

本文利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对掘进工作面的流场进行了模拟,根据研究目的,在考虑巷道支护的情况下,讨论了壁面粗糙度的影响,建立了用于工作面流场模拟的几何模型,并研究了矿井掘进工作面局部通风模型网格划分的方法。在近壁面使用标准壁面函数法解决近壁面的流动,在湍流充分发展区,使用RNG k -ε双方程湍流模型,确定了适合矿井掘进工作面局部通风流场的数学模型,对工作面的流场进行模拟,并与实验结果相对比,对工作面的流场进行了验证,得到局部通风掘进工作面流场的一般规律。在研究局部通风掘进工作面风流流场的基础上,确定了掘进头瓦斯涌出的边界条件和瓦斯输运的数学模型,对局部通风掘进工作面的瓦斯运移进行了数值模拟,研究了在一定瓦斯涌出量的情况下掘进巷道内部瓦斯浓度的分布规律,分析了瓦斯涌出量和风筒布置位置变化对瓦斯浓度分布的影响,为防止瓦斯积聚提供了理论基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 引言  8
  1.2 国内外研究现状及存在问题  8-12
    1.2.1 井下一般巷道  8-9
    1.2.2 回采工作面  9-10
    1.2.3 采空区域  10
    1.2.4 掘进巷道  10-12
  1.3 本文研究内容、方法及意义  12-14
    1.3.1 主要研究内容  12-13
    1.3.2 研究方法和步骤  13
    1.3.3 本文的研究意义  13-14
2 计算流体动力学基础理论  14-29
  2.1 FLUENT 软件简介  14-16
  2.2 计算流体动力学控制方程  16-18
  2.3 控制方程的离散  18-22
    2.3.1 有限体积法  18-19
    2.3.2 基于有限体积法离散格式  19-22
  2.4 流场数值计算和离散方程组的求解  22-24
    2.4.1 流场计算的方法  22-23
    2.4.2 离散方程组的求解  23-24
  2.5 湍流数值模拟  24-29
    2.5.1 湍流及数值模拟方法  24-26
    2.5.2 湍流模型  26-27
    2.5.3 壁面函数法  27-29
3 局部通风掘进工作面风流流场数值模拟  29-41
  3.1 矿井巷道内部风流状态分析  29-30
  3.2 风流流场数值模拟  30-37
    3.2.1 数学模型的选择  30-31
    3.2.2 几何模型的建立  31-32
    3.2.3 计算区域的离散化  32-33
    3.2.4 近壁面的处理  33-34
    3.2.5 壁面粗糙度的处理  34
    3.2.6 边界条件的设置  34-36
    3.2.7 离散格式的选择  36-37
  3.3 局部通风掘进工作面流场模拟解算结果分析  37-40
  3.4 本章小节  40-41
4 局部通风掘进工作面瓦斯分布数值模拟  41-55
  4.1 瓦斯运移数学模型  41-42
  4.2 局部通风掘进工作面瓦斯分布规律  42-44
    4.2.1 边界条件的设置  42
    4.2.2 模拟结果分析  42-44
  4.3 瓦斯涌出量对瓦斯分布的影响  44-50
    4.3.1 瓦斯涌出量对风流流场的影响  45-46
    4.3.2 巷道横截面上的瓦斯分布  46-47
    4.3.3 巷道断面上的瓦斯分布  47-50
  4.4 风筒布置位置对瓦斯分布的影响  50-53
  4.5 本章小节  53-55
5 结论与展望  55-57
  5.1 主要结论和创新点  55-56
  5.2 进一步工作展望  56-57
参考文献  57-61
附录  61-62
致谢  62

局部通风掘进工作面风流流场和瓦斯分布数值模拟

内容摘要

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