高瓦斯矿井瓦斯爆炸冲击波传播规律的数值模拟研究

发布时间：2017-04-16 10:25

  本文关键词：高瓦斯矿井瓦斯爆炸冲击波传播规律的数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤矿巷道内发生的瓦斯爆炸属于典型的气体爆炸事故，是煤炭生产中最严重的灾害。本文在理论分析和借鉴前人研究成果的基础上，采用Fluent流体力学软件对巷道瓦斯爆炸进行数值模拟。基于现有的研究成果，，建立模拟瓦斯爆炸巷道的物理和数学模型，给出数值模拟的初始条件。采用有限速率/涡耗散模型来描述瓦斯爆炸过程，使用SIMPLEC算法处理爆炸过程中压力和速度的关系，并且使用不平衡函数法处理了壁面附近的流场，提高数值模拟的精度。 论文通过对巷道密闭与敞口条件下的瓦斯爆炸过程进行模拟，结果表明密闭情况下巷道的温度和超压值明显高于敞口条件；对巷道内不同浓度瓦斯爆炸的传播过程进行模拟，分析了不同浓度下瓦斯爆炸传播的特性，结果表明当瓦斯与空气刚好完全燃烧时，爆炸程度最为剧烈；结合煤矿井下环境，对巷道截面变窄、分岔等情况下的瓦斯爆炸过程进行数值模拟，得出巷道变窄处的温度和冲击波压力值大幅上升，分岔处火焰传播受到障碍物式的诱导形成湍流，加速火焰燃烧，导致温度显著上升。研究结果表明，在封闭巷道内的瓦斯爆炸程度比敞口巷道明显强烈；同一巷道内在瓦斯浓度不同但填充长度一定的情况下，瓦斯爆炸火焰传播的距离是瓦斯集聚长度的3～6倍，爆炸范围远大于瓦斯集聚范围；瓦斯爆炸过程中由于巷道截面突变形成三波点，超压显著增大，加剧爆炸程度；瓦斯爆炸的火焰阵面传播到巷道分岔处燃烧速率增大，温度大幅上升，导致分岔处瓦斯爆炸破坏程度比其它位置严重。研究结果对煤矿的安全生产和瓦斯爆炸事故的预防、调查有一定的参考价值。
【关键词】：瓦斯爆炸 数值模拟 巷道 湍流
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD712.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 选题背景和研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-19
• 1.2.1 瓦斯爆炸机理研究11-12
• 1.2.2 瓦斯爆炸冲击波传播的实验研究12-14
• 1.2.3 瓦斯爆炸传播的数值模拟14-18
• 1.2.4 存在的问题18-19
• 1.3 课题研究的主要内容和技术路线19-21
• 1.3.1 研究目的19
• 1.3.2 研究内容19-20
• 1.3.3 研究方法和技术路线20-21
• 2 瓦斯爆炸传播理论分析21-27
• 2.1 瓦斯爆炸化学反应机理21-23
• 2.1.1 瓦斯爆炸的条件21-22
• 2.1.2 瓦斯爆炸反应的机理22-23
• 2.2 瓦斯爆炸火焰及冲击波传播特性分析23-27
• 2.2.1 瓦斯爆炸传播特性理论分析23-25
• 2.2.2 火焰波与冲击波的相互作用25-27
• 3 瓦斯爆炸的数值模拟研究27-37
• 3.1 引言27
• 3.2 物理模型27-28
• 3.3 数学模型28-35
• 3.3.1 基本假设28-29
• 3.3.2 均相湍流燃烧的时均方程29-30
• 3.3.3 湍流模型30-32
• 3.3.4 化学反应模型32-33
• 3.3.5 燃烧模型33-34
• 3.3.6 壁面函数34-35
• 3.4 计算方法35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 4 巷道内瓦斯爆炸模拟分析37-50
• 4.1 网格划分及初始条件设置37-39
• 4.1.1 边界及流场初始条件37
• 4.1.2 点火的初始条件37-38
• 4.1.3 网格划分38-39
• 4.2 闭口与敞口的直巷道内瓦斯的爆炸模拟39-49
• 4.2.1 闭口巷道充满瓦斯气体的爆炸模拟39-42
• 4.2.2 敞口巷道充满瓦斯气体的爆炸模拟42-44
• 4.2.3 敞口巷道局部充满不同浓度瓦斯爆炸的模拟44-49
• 4.3 本章小结49-50
• 5 煤矿回采巷道条件对瓦斯爆炸传播的影响50-59
• 5.1 巷道截面变窄对瓦斯爆炸影响的模拟分析50-54
• 5.1.1 初始条件设置50-51
• 5.1.2 模拟试验及结果分析51-54
• 5.1.2.1 巷道截面不变时瓦斯爆炸的模拟51-52
• 5.1.2.2 巷道截面变窄时瓦斯爆炸的模拟52-53
• 5.1.2.3 巷道截面变窄的大小不同对瓦斯爆炸的影响53-54
• 5.2 巷道分岔对瓦斯爆炸影响的模拟分析54-58
• 5.3 本章小结58-59
• 6 结论59-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文65-66
• 致谢66-67

【参考文献】

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本文编号：310631