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，地下礦山巷道火災(zāi)安全事故頻發(fā)，給國家和人民生命財產(chǎn)造成了重大損失，因而對于巷道火災(zāi)蔓延規(guī)律的研究具有重大意義。然而近年來對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，其計算過程復(fù)雜，且模擬仿真效果都不理想。此外也可采用實驗方法柬確定，但由于實際地下巷道條件復(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情況。故設(shè)計新的模型對地F巷道熱流進(jìn)

2、行模擬仿真成為一個重要問題。
　　 格子Boltzmann方法是近年來興起的一種模擬流體流動的新方法，因其具有計算過程簡單，無需求解復(fù)雜的偏微分方程，邊界易處理等優(yōu)點而得到眾多學(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)于熱流動方面的知識，以某地下礦山巷道某處發(fā)生火災(zāi)為主要研究對象，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、行計算，各塊分界處進(jìn)行耦臺，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，對實際巷道熱流進(jìn)行模擬，得出全巷道熱流蔓延及阻滯規(guī)律。接著，針對實際生產(chǎn)中存在的反風(fēng)方式進(jìn)行深入分析，并在無風(fēng)道反風(fēng)的基礎(chǔ)上提出采用備用風(fēng)機進(jìn)行反風(fēng)模型。在熱流溫度達(dá)到一定限度時開啟備用風(fēng)機進(jìn)行反風(fēng)，在實際的模擬仿真中取得很好的效果。最后，針對實際巷道結(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，在實際巷道的熱流模擬仿真中取得很好的效果。