本文選題：采空區(qū) + 流管模型�。� 參考：《中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)》2017年博士論文

【摘要】：采空區(qū)漏風(fēng)流場(chǎng),是一個(gè)受到混合氣體的滲流場(chǎng)、濃度場(chǎng)和溫度場(chǎng)影響的多場(chǎng)耦合流場(chǎng)。對(duì)其進(jìn)行深入研究,并建立采空區(qū)多場(chǎng)耦合解算模型不僅有利于深入了解采空區(qū)氣體流動(dòng)情況,而且可以揭示流體在熱傳導(dǎo)及質(zhì)量傳輸影響下,其流動(dòng)狀態(tài)的變化。這對(duì)解決煤炭開(kāi)采時(shí)采空區(qū)內(nèi)部自然發(fā)火點(diǎn)的判斷、采空區(qū)瓦斯運(yùn)移規(guī)律等問(wèn)題的研究具有理論指導(dǎo)意義。因此,論文旨在建立一個(gè)基于流管的采空區(qū)多場(chǎng)耦合三維動(dòng)態(tài)數(shù)值解算模型,并進(jìn)行了如下研究:(1)采空區(qū)多孔介質(zhì)模型通過(guò)對(duì)現(xiàn)有毛細(xì)模型、縫隙模型、水力當(dāng)量模型以及阻力模型等多孔介質(zhì)固氣耦合模型的研究,結(jié)合采空區(qū)多孔介質(zhì)孔隙率的分布規(guī)律及其固體固架的分布、受力變形特征,提出了基于流管的采空區(qū)多孔介質(zhì)模型。然后根據(jù)流體力學(xué)的相關(guān)理論,詳細(xì)分析了流管模型中流管分支的物理特性及其守恒定律,為下文的研究奠定了理論基礎(chǔ)。(2)采空區(qū)孔隙率分布規(guī)律基于采空區(qū)上覆巖層垮落的“關(guān)鍵層”理論與“薄板”理論,對(duì)不同組合巖系的采空區(qū)上覆巖層進(jìn)行了分類(lèi)。進(jìn)而研究了不同頂板的破斷規(guī)律以及垮落特征。并通過(guò)理論分析與數(shù)值模擬對(duì)“下部軟巖分層缺失”、“次關(guān)鍵層缺失”以及“完備頂板巖層”三種類(lèi)型的上覆巖系運(yùn)移及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行了分析研究。根據(jù)理論分析與數(shù)值模擬結(jié)果,結(jié)合垮落步距、下沉量以及回旋角度物理量分析了采空區(qū)的分區(qū)特征,并對(duì)孔隙率的影響因素及分布規(guī)律進(jìn)行了定性描述。在一定的假設(shè)下,理論推導(dǎo)了不規(guī)則垮落帶孔隙率與其上覆巖層下沉量的相關(guān)關(guān)系。最后根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果擬合了不規(guī)則垮落帶上覆巖層下沉量隨走向的衰減規(guī)律。進(jìn)而推導(dǎo)了采空區(qū)不規(guī)則垮落帶的孔隙率分布規(guī)律,提供了采空區(qū)流管多孔介質(zhì)模型當(dāng)量直徑的分布特征。(3)采空區(qū)瓦斯源相空間分布規(guī)律通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量了采空區(qū)瓦斯源相的總體強(qiáng)度,并根據(jù)瓦斯自由解吸衰減規(guī)律,研究了瓦斯涌出強(qiáng)度隨采空區(qū)連續(xù)空間的變化規(guī)律,建立了基于流管的采空區(qū)多場(chǎng)耦合數(shù)值解算模型分支瓦斯源相強(qiáng)度的數(shù)學(xué)求解模型。(4)熱阻力及節(jié)流效應(yīng)基于熱力學(xué)及流體力學(xué)的相關(guān)理論,對(duì)井巷火災(zāi)對(duì)風(fēng)流流動(dòng)的粘性阻礙作用與節(jié)流效應(yīng)經(jīng)進(jìn)行深入分析。在此基礎(chǔ)上根據(jù)阻力產(chǎn)生機(jī)理的不同對(duì)火區(qū)阻力進(jìn)行分類(lèi)。進(jìn)而通過(guò)理論推導(dǎo)了一維管道流熱阻力計(jì)算公式,并通過(guò)數(shù)值模擬了水平管道的節(jié)流效應(yīng)。數(shù)值模擬試驗(yàn)表明,一旦巷道中發(fā)生火災(zāi),風(fēng)流流動(dòng)過(guò)程中的粘性阻力就會(huì)變大,且其隨著火災(zāi)規(guī)模的增大而增強(qiáng)。節(jié)流效應(yīng)受到火災(zāi)規(guī)模與巷道入口風(fēng)速兩個(gè)因素的影響,其隨火勢(shì)的發(fā)展而增強(qiáng),隨入口風(fēng)速的增大而減弱。(5)基于流管的多場(chǎng)耦合規(guī)律首先通過(guò)圖論對(duì)基于流管的三維模型進(jìn)行了詳細(xì)研究,根據(jù)能量守恒定律與質(zhì)量守恒定律,推導(dǎo)了基于流管回路的能量平衡方程以及基于流管節(jié)點(diǎn)的風(fēng)量平衡方程,實(shí)現(xiàn)了基本流場(chǎng)的求解。其次研究了單一瓦斯源于基本流場(chǎng)的擴(kuò)散傳播規(guī)律,進(jìn)而研究了非單多瓦斯源傳播的耦合規(guī)律,最后通過(guò)理論分析,得出了多瓦斯源相的動(dòng)態(tài)傳播規(guī)律。在基于流管解算模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合熱對(duì)氣體流動(dòng)的影響作用,研究了流管中存在熱源時(shí),熱的傳播規(guī)律以及其對(duì)整個(gè)流場(chǎng)的影響規(guī)律,從而建立了基于流管的多場(chǎng)耦合三維動(dòng)態(tài)解算模型,并結(jié)合采空區(qū)多孔介質(zhì)特征分布規(guī)律、瓦斯源相分布規(guī)律,建立了基于流管的采空區(qū)多場(chǎng)耦合三維動(dòng)態(tài)數(shù)值解算模型。
[Abstract]:On the basis of theory and numerical simulation , the paper analyzes the characteristics of gas flow in the mined - out area , and analyses the influence factors and the distribution regularity of the porous media in the mined - out area . ( 5 ) Based on the rule of energy conservation law and mass conservation law , the law of energy balance based on flow tube loop and the law of influence on the whole flow field are derived based on the law of energy conservation and the law of mass conservation .
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TD71

【參考文獻(xiàn)】

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7 吳q，

本文編號(hào)：1960030