重力作用下礦井突水?dāng)?shù)值模擬及其并行算法設(shè)計(jì).pdf

1、地下礦井下突水是常見(jiàn)的礦山災(zāi)害之一,該問(wèn)題受到國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者的關(guān)注和青睞。為了研究突水過(guò)程中水在不同巷道結(jié)構(gòu)中的流動(dòng)規(guī)律,本文使用了格子Boltzmann方法,對(duì)不同巷道結(jié)構(gòu)中水災(zāi)蔓延過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算,對(duì)整個(gè)流場(chǎng)的從宏觀到微觀有一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)。從宏觀角度講,本文通過(guò)計(jì)算數(shù)據(jù)繪制了不同巷道結(jié)構(gòu)的流體流態(tài)流線圖,對(duì)突水水災(zāi)在巷道蔓延有一個(gè)宏觀認(rèn)識(shí);從微觀角度講,使用格子模型將整個(gè)流場(chǎng)劃分為一個(gè)一個(gè)單元網(wǎng)格,計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格的密度,壓力,速

2、度矢量等物理量。為地下礦突水災(zāi)害的防治提供了理論依據(jù),有利于礦山企業(yè)進(jìn)行科學(xué)的防災(zāi)減災(zāi)工作。
　　本研究主要內(nèi)容包括：第一,確定了使用格子Boltzmann方法對(duì)地下礦井下突水進(jìn)行數(shù)值模擬,選擇了與水流體相對(duì)應(yīng) D2G9模型,不同的模型有不同的邊界處理方法,在這基礎(chǔ)上提出了格子 Boltzmann突水?dāng)?shù)值模擬計(jì)算模型,確定數(shù)值模擬程序的開(kāi)發(fā)流程算法,最終通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)?jiǎn)單平巷巷道進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。第二,選取比較復(fù)雜的巷道結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)

3、具有‘Y’型和‘+’型常見(jiàn)巷道結(jié)構(gòu)。為了使得數(shù)值計(jì)算結(jié)果更為精確,采用了復(fù)雜巷道分塊計(jì)算方法,通過(guò)對(duì)復(fù)雜流場(chǎng)分塊,對(duì)各個(gè)分塊獨(dú)立進(jìn)行計(jì)算,并分塊流場(chǎng)邊界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換處理。詳細(xì)說(shuō)明了格子Boltzmann方法中的各個(gè)格點(diǎn)發(fā)生遷移演變過(guò)程。成功實(shí)現(xiàn)了在這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)中突水水災(zāi)蔓延模擬過(guò)程。第三,選取了一個(gè)簡(jiǎn)單的豎井結(jié)構(gòu),通過(guò)對(duì)格子Boltzmann演化方程的變換推導(dǎo),找到了一種可以適用于外力項(xiàng)的演化方程。為了節(jié)省計(jì)算資源,提出了雙網(wǎng)格并行計(jì)算