本文關(guān)鍵詞： 風(fēng)速分布 瓦斯?jié)舛确植?不同形狀巷道 風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn) 數(shù)值模擬　出處：《太原理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：煤礦井下不同斷面巷道中,風(fēng)流流場(chǎng)與瓦斯?jié)舛葓?chǎng)相互關(guān)聯(lián)、相互影響,形成了復(fù)雜的耦合關(guān)系,這種耦合特性直接影響了巷道中瓦斯的分布特征。對(duì)于巷道中瓦斯的分布特征掌握的越明確,瓦斯治理措施的實(shí)施就越具有精確性,所以,深入研究不同斷面巷道中風(fēng)流-瓦斯耦合特性具有重大的理論意義和實(shí)用價(jià)值,能夠?yàn)槊旱V通風(fēng)管理及瓦斯防治提供更為完善的理論指導(dǎo)。本文主要的研究?jī)?nèi)容是不同形狀巷道斷面的風(fēng)速分布規(guī)律,瓦斯?jié)舛确植家?guī)律以及風(fēng)流-瓦斯耦合特性,主要研究結(jié)論如下:(1)進(jìn)行半圓拱形巷道斷面風(fēng)速風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn),選取洞體內(nèi)試驗(yàn)段上流場(chǎng)得到充分發(fā)展的測(cè)量斷面上的8條特征線進(jìn)行非均勻布點(diǎn)風(fēng)速測(cè)量。通過比較不同中心點(diǎn)風(fēng)速下的邊界層低速區(qū)厚度,得出風(fēng)速在0.99~8.46m/s范圍內(nèi),巷道斷面中心點(diǎn)風(fēng)速對(duì)邊界層低速區(qū)厚度影響不大。在半圓拱風(fēng)洞模擬巷道中沒有障礙物時(shí),風(fēng)速分布呈現(xiàn)左右基本對(duì)稱上下差別較大的情形。在以巷道中心為對(duì)稱點(diǎn)上下對(duì)稱的位置上,下部的速度明顯高于上部。(2)為了掌握不同形狀的一般巷道中通風(fēng)流場(chǎng)和瓦斯?jié)舛葓?chǎng)的分布規(guī)律,利用最常用的計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent進(jìn)行數(shù)值模擬研究。本文的特色是將巷道兩幫的煤壁在模型中做出并用多孔介質(zhì)模型處理煤壁的瓦斯涌出,然后設(shè)定求解控制參數(shù)對(duì)三種模型的流動(dòng)域分別進(jìn)行模擬解算,并利用Tecplot對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行后處理。模擬結(jié)果顯示,三種形狀巷道斷面風(fēng)速分布的等值線圖的形狀分別近似為拱形、矩形和梯形,可見斷面上速度的等值線分布曲線與斷面形狀有關(guān)。不同的是拱形巷道的等值線形狀是凸起的,而矩形巷道和梯形巷道等值線形狀是凹陷的。當(dāng)風(fēng)速增大或者瓦斯?jié)舛葴p小時(shí),等值線的凹陷現(xiàn)象將會(huì)減小甚至消失;當(dāng)風(fēng)速減小或者瓦斯?jié)舛仍龃髸r(shí),等值線的凹陷現(xiàn)象將會(huì)更加明顯。三種斷面上瓦斯?jié)舛确植级急容^規(guī)律,水平方向上靠近巷道邊壁處瓦斯?jié)舛群蜐舛忍荻榷际亲畲蟮?往巷道中心靠近越來越小;垂直方向上,靠近底板處瓦斯?jié)舛仁亲钚〉?往頂板靠近越來越大。(3)對(duì)余吾煤礦井下矩形巷道中風(fēng)速分布進(jìn)行了數(shù)值模擬,將模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)定的風(fēng)速值進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),在巷道的中心區(qū)域,同一位置上實(shí)測(cè)風(fēng)速值和數(shù)值模擬風(fēng)速值符合的比較好,但是在靠近巷道邊壁和管道邊壁的區(qū)域內(nèi)同一位置上實(shí)測(cè)風(fēng)速值和數(shù)值模擬風(fēng)速值符合的比較差,其中在巷道底板附近數(shù)值模擬的風(fēng)速值幾乎一致大于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的風(fēng)速值,而在巷道頂板附近數(shù)值模擬的風(fēng)速值幾乎一致小于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的風(fēng)速值。
[Abstract]:In different sections of roadway in coal mine, the air-flow field and gas concentration field are interrelated and influence each other, forming a complex coupling relationship. This coupling directly affects the gas distribution characteristics in the roadway. The more specific the gas distribution characteristics in the roadway, the more accurate the gas control measures will be. It is of great theoretical significance and practical value to study the air-flow-gas coupling characteristics in different cross-section roadways. It can provide more perfect theoretical guidance for coal mine ventilation management and gas prevention. The main research content of this paper is the wind velocity distribution law of different shape roadway section. Gas concentration distribution and gas-gas coupling characteristics, the main conclusions are as follows: 1) the wind tunnel simulation experiment of wind speed in semi-circular arch roadway section is carried out. Eight characteristic lines on the measured section with fully developed flow field in the test section are selected to measure the wind speed of the non-uniform distribution of points. The thickness of the boundary layer in the low speed zone is compared under the wind speed at different central points. The results show that in the range of 0.99 ~ 8.46 m / s, the wind speed at the center of the tunnel section has little effect on the thickness of the boundary layer in the low speed zone, when there are no obstacles in the semi-circular arch wind tunnel simulation roadway. The distribution of wind speed shows a big difference between the left and right basic symmetry, and the center of the roadway is the symmetrical position of the top and bottom of the symmetrical point. The velocity of the lower part is obviously higher than that of the upper part.) in order to master the distribution law of the air flow field and the gas concentration field in the general roadway with different shapes. The most commonly used computational fluid dynamics software Fluent is used to carry out numerical simulation research. The characteristic of this paper is that the coal wall of two sides of roadway is made in the model and the porous medium model is used to deal with the gas emission from coal wall. Then set up the control parameters to solve the flow field of the three models, respectively, and use Tecplot to post-process the simulation results. The simulation results show. The contour map of wind velocity distribution in three kinds of roadway sections is approximately arched rectangular and trapezoidal respectively. The contour distribution curve of velocity on the section is related to the shape of the section. The difference is that the contour shape of the arch roadway is raised. The contour shape of rectangular roadway and trapezoidal roadway is concave. When the wind speed increases or the gas concentration decreases, the concave phenomenon of isoline will decrease or even disappear. When the wind speed decreases or the gas concentration increases, the concave phenomenon of the isoline will be more obvious. The distribution of gas concentration on the three sections is more regular. In the horizontal direction, the gas concentration and concentration gradient near the side wall of the roadway is the largest, and the gas concentration gradient is getting smaller and smaller to the center of the laneway. In the vertical direction, the gas concentration near the floor is the smallest, and the wind velocity distribution in the underground rectangular roadway of Yuwu coal mine is numerically simulated. By comparing the simulation results with the field measured wind speed values, it is found that the measured wind speed values and the numerical simulation wind speed values are in good agreement in the center area of the roadway. However, in the same position near the side wall of roadway and the side wall of pipeline, the comparison between the measured wind velocity value and the numerical simulation wind velocity value is very bad. The numerical simulation wind speed near the roadway floor is almost consistent with the field measured wind speed value, while the numerical simulation wind speed value near the roadway roof is almost consistent with the field measured wind speed value.
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TD712;TD721

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本文編號(hào)：1482840