基于格子Boltzmann方法的地下巷道熱流態(tài)仿真研究.pdf

1、近年來(lái)，地下礦山巷道火災(zāi)安全事故頻發(fā)，給國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)造成了重大損失，因而對(duì)于巷道火災(zāi)蔓延規(guī)律的研究具有重大意義。然而近年來(lái)對(duì)于地下巷道熱流模擬仿真研究主要局限在有限元法和有限體積法，該方法為得到Navier-Stokes方程需要求解復(fù)雜的偏微分方程，其計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，且模擬仿真效果都不理想。此外也可采用實(shí)驗(yàn)方法柬確定，但由于實(shí)際地下巷道條件復(fù)雜多變，因而不能完整模擬火災(zāi)發(fā)生后地下巷道的熱流蔓延真實(shí)情況。故設(shè)計(jì)新的模型對(duì)地F巷道熱流進(jìn)

2、行模擬仿真成為一個(gè)重要問(wèn)題。
　　 格子Boltzmann方法是近年來(lái)興起的一種模擬流體流動(dòng)的新方法，因其具有計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，無(wú)需求解復(fù)雜的偏微分方程，邊界易處理等優(yōu)點(diǎn)而得到眾多學(xué)者的研究。本文以格子Boltzmann理論為基礎(chǔ)，結(jié)合流體力學(xué)和熱力學(xué)中關(guān)于熱流動(dòng)方面的知識(shí)，以某地下礦山巷道某處發(fā)生火災(zāi)為主要研究對(duì)象，采用速度．溫度雙分布格子Boltzmann模型，利用分塊耦合算法，將不規(guī)則的地下礦巷道分為若干規(guī)則塊，在規(guī)則塊內(nèi)部并

3、行計(jì)算，各塊分界處進(jìn)行耦臺(tái)，從而有效模擬仿真地下巷道熱流蔓延規(guī)律。首先，以熱格子Boltzmann模型為基礎(chǔ)提出地下礦巷道熱流模型，分析各種模型及邊界處理方式，并模擬簡(jiǎn)單平直巷道熱流蔓延情況。其次，提出基于耦合算法的速度和溫度雙分布格子Bol恤mnn模型，提出分塊耦合算法原理，并得到巷道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與分塊方法，在此基礎(chǔ)上將地下巷道分為若干規(guī)則塊，隨后對(duì)其溫度和速度進(jìn)行模擬，得出模擬仿真結(jié)果及規(guī)避火災(zāi)熱流的有效方法。再次，由于地下巷道多存在可

4、燃物和障礙物可能對(duì)巷道熱流產(chǎn)生影響。故提出地下巷道易燃物引燃處理模型及熱流阻滯模型，對(duì)實(shí)際巷道熱流進(jìn)行模擬，得出全巷道熱流蔓延及阻滯規(guī)律。接著，針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中存在的反風(fēng)方式進(jìn)行深入分析，并在無(wú)風(fēng)道反風(fēng)的基礎(chǔ)上提出采用備用風(fēng)機(jī)進(jìn)行反風(fēng)模型。在熱流溫度達(dá)到一定限度時(shí)開(kāi)啟備用風(fēng)機(jī)進(jìn)行反風(fēng)，在實(shí)際的模擬仿真中取得很好的效果。最后，針對(duì)實(shí)際巷道結(jié)構(gòu)，在二維模型的基礎(chǔ)上提出三維速度溫度雙分布熱流模型，在實(shí)際巷道的熱流模擬仿真中取得很好的效果。