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回采爆破空间中有害物质扩散规律模拟与分析

作　者: 张秀华
导　师: 王李管
学　校: 中南大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 爆破烟尘 数值模拟 粉尘 两相流
分类号: TD714
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 62次
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内容摘要


爆破烟尘是井下主要污染源之一,而回采爆破是产生烟尘最多的工序,爆破烟尘的存在,严重影响着后续工作的进行,因此掌握烟尘在采场内部的扩散规律,是控制烟尘污染,保证采场作业环境安全和加快采场工序进行的有效途径。本文在对回采爆破空间中烟尘有效成分和烟尘流动规律问题研究的基础上,通过数值模拟软件FLUENT,结合采场实例,对采场内部烟尘的扩散规律进行了研究。研究结果对通风决策起到了指导作用。本文的主要工作和成果如下：(1)通过查阅资料得到烟尘的主要成分以及影响烟尘成分的主要因素和烟尘在回采爆破空间的运动规律。(2)以烟尘中的CO和粉尘为例,对采场烟尘在气流中扩散规律的研究,结合对不同扩散模型的适用条件的认识,分析得出适合采场烟尘物质的计算模型：CO的扩散适用组分输运模型,粉尘应用两相流模型。(3)在数值模拟中要对控制方程组进行离散,通过对控制方程组离散方法的分析和数值计算算法的分析,结合实际采场风流计算模型的情况,确定采用有限体积法进行离散,采用PISO法进行风流模拟计算。(4)通过一实例采场,对爆破后的烟尘扩散规律进行模拟,模拟结果表明CO和粉尘在采场内部的扩散规律基本相同,粉尘浓度下降到安全浓度所需要的时间要略长于CO浓度下降到安全浓度所用时间。本次研究表明,数值模拟技术是了解通风状况下采场内部有害物质分布规律的有效途径,是为矿山通风决策提供依据的有效方法。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-19
  1.1 论文研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-18
    1.2.1 爆破空间通风理论的国内外研究现状  10-12
    1.2.2 通风数值模拟的国内外研究现状  12-18
  1.3 本文研究的主要内容和方法  18
  1.4 本章小结  18-19
第二章 爆破烟尘及其运动规律分析  19-28
  2.1 爆破烟尘组成  20-23
    2.1.1 爆炸烟尘成分  20-21
    2.1.2 爆炸烟尘理化性质  21-23
  2.2 烟尘运动规律  23-25
    2.2.1 拆除爆破烟尘运动规律  23-24
    2.2.2 露天爆破烟尘运动规律  24-25
    2.2.3 特定空间爆破烟尘运动规律  25
  2.3 爆破烟尘产量  25-27
    2.3.1 爆破有害气体的生产量  26
    2.3.2 爆破粉尘产量  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章 回采爆破空间通风流场数学模型  28-46
  3.1 回采爆破空间通风风流理论分析  28-29
  3.2 流场数值模拟的发展  29-42
    3.2.1 湍流流动模拟方法  29-37
    3.2.2 多相流动的模拟方法  37-42
  3.3 回采爆破空间通风模拟控制方程  42-45
    3.3.1 气体扩散数学模型  42-44
    3.3.2 粉尘扩散数学模型  44-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章 通风流场数值模拟的基本理论和方法  46-68
  4.1 模型的建立及网格生成  46-49
    4.1.1 模型的建立  46-47
    4.1.2 网格的划分  47-49
  4.2 回采爆破通风的边界条件  49-51
    4.2.1 边界条件  49-50
    4.2.2 回采爆破通风边界条件  50-51
  4.3 控制方程组的离散  51-60
    4.3.1 控制方程离散的基本方法  51-53
    4.3.2 有限体积法  53-54
    4.3.3 基本方程的离散  54-60
  4.4 回采爆破空间通风的数值计算方法  60-66
    4.4.1 交错网格及其应用  61-64
    4.4.2 流场数值计算的方法  64-66
    4.4.3 回采爆破空间数值计算方法  66
  4.5 本章小结  66-68
第五章 回采爆破烟尘运动模拟及结果分析  68-79
  5.1 几何模型  68
    5.1.1 计算模型  68
    5.1.2 网格划分  68
  5.2 物理参数  68-69
  5.3 初值条件  69-71
    5.3.1 通风目标条件  69-70
    5.3.2 CO初始浓度的确定  70
    5.3.3 粉尘初始浓度的确定  70-71
  5.4 模拟结果及分析  71-77
    5.4.1 CO扩散模拟分析  72-74
    5.4.2 粉尘扩散模拟分析  74-76
    5.4.3 CO分布和粉尘分布模拟结果的对比分析  76-77
  5.5 模拟结果与传统算法的对比分析  77-78
  5.6 本章小结  78-79
第六章 结论与展望  79-81
  6.1 全文主要结论  79-80
  6.2 研究工作展望  80-81
参考文献  81-86
致谢  86-87
攻读学位期间参与课题及论文发表情况  87

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中图分类: > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山安全与劳动保护 > 矿井大气 > 矿尘
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