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地下矿巷道火灾风流紊乱现象仿真方法研究

马明  
【摘要】:摘要 近年来,地下矿井巷道火灾事故频发,给人类带来了巨大的灾难,因此对矿井火灾风流状态的研究具有重大意义。矿井火灾时期,火势发展迅猛并且变化复杂,正确的控风措施可以有效的救治火灾,减少人员伤亡和财产损失。 格子Boltzmann方法是一种新兴的数值模拟方法。本文基于格子Boltzmann方法,结合流体力学以及热力学知识研究矿井火灾时期巷道高温风流的流动规律。首先,文章提出一个应用分块耦合算法的速度-温度双分布函数格子Boltzmann模型对风流进行仿真,形象客观地体现了火风压对通风系统的影响。其次,结合Boussinesq近似以及改进动力粘性系数对格子Boltzmann模型进行改进,增加了双分布函数的内在耦合性,并对矿井火灾风流紊乱主要形式之一的旁侧支路风流逆转现象进行仿真研究。最后,基于双扩散理论以及三维格子理论建立三维格子Boltzmann模型,模型中增加了浓度场,并建立了其与速度场、温度场之间的联系,随后对矿井火灾风流紊乱的另一种主要形式火烟滚退现象进行仿真研究。 矿井火灾时期,火源巷道内高温流体运动为非定常流动以及传热传质过程。为了掌握矿井火灾时期巷道高温风流流动规律,本文提出多个格子Boltzmann模型分别对火风压影响、旁侧支路风流逆转以及火烟滚退现象进行仿真。仿真时,在巷道内设置火源,采用风流流动模型分析流体的传播规律。仿真结果表明,该仿真方法可以得到风流速度、温度、浓度和压力的详细数据,获得关于巷道风流流态的直观信息,从而科学指导矿井火灾早期的探测和防治工作。


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