矿井火灾过程中烟流参数变化规律数值模拟研究
发布时间：2021-10-23 04:36
本论文以分析火灾燃烧特征与火灾时期风流紊乱的原因为基础，采用CFD方法对巷道火灾时期烟流性态的发展过程进行了三维瞬态数值模拟研究。本论文首先分析了当巷道发生火灾后风流逆退和风流逆转的原因，并从理论上修正了火区热阻力概念，从而推导出火区的阻力公式。论文分析了巷道火灾模拟的数学模型，以有限体积法为基础，对该模型的控制微分方程进行了离散化处理。根据数值模拟计算结果首先验证了本文所建火灾模型的合理性。随后对火区内速度场，温度场的发展规律进行了数值分析。针对巷道发生火灾后，在火区附近，烟流会沿着顶板逆着风流流动一段距离的现象，通过数值模拟，分析了入口端风速、火源热释放速率、巷道当量直径对逆流层长度的影响，根据分析模拟结果得出了逆流层长度的计算公式。
【文章来源】：辽宁工程技术大学辽宁省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
- 21 -图 3.3 巷道三维模型示意图Fig.3.3 Schematic diagram of three-dimensional model of roadway3.2.2 矿井火灾模拟湍流模型分类及选择巷道发生火灾时，存在复杂流动，流动的雷诺数远大于 2320，属于湍流流态。关于湍流数值计算，已经采用的方法一般可以分为大涡模拟（LES）、雷诺时均法（RANS）和直接模拟（DNS）三类。通过参考相关文献[21]，并考虑流体是否可压，建立特殊的可行的问题、精度的要求、计算机的能力、时间的限制和不同模型的适用范围和限制以及软件中的模型种类。目前在 Fluent 巷道火灾燃烧模拟模型中，主要选用考虑浮力影响的RNGk 模型。
当巷道发生火灾后，火灾一般 6-15 分钟就能达到稳定，本文假定环境温度为 25℃，气压为一个标准大气压，模拟巷道坡度为 0，火源热释放率为 15m/s，释放的高温烟流温度为 1300℃。按巷道入口端通风速度的不同，取 5 种火灾模拟工况，详见表 3.1。表 3.1 巷道烟流性态发展计算工况Fig.3.1 Smoke flow of sexual state development conditions calculation工况 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5通风速度/m.s-10.5 1 1.5 2 2.53.3 模拟结果及分析3.3.1 巷道内速度场的发展规律当巷道火灾达到稳定时，巷道内烟流的速度场的变化趋势如图 3.4 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]铁路隧道火灾中烟气逆流层长度的研究[J]. 赵望达,李洪,徐志胜,姜学鹏. 防灾减灾工程学报. 2010(03)
[2]隧道内火焰顶棚射流最高温度的分布研究[J]. 毛军,郗艳红,樊洪明. 中国矿业大学学报. 2010(03)
[3]控制纵向通风隧道火灾烟流的模型[J]. 陈建忠,涂耘. 公路隧道. 2007(04)
[4]一个新的水平隧道火灾烟气逆流层长度模型研究[J]. 周延. 中国矿业大学学报. 2007(05)
[5]热阻力概念的修正及计算方法[J]. 程小虎,曾艳华. 防灾减灾工程学报. 2006(04)
[6]巷道火灾过程中燃烧速率和释热速率的预测[J]. 傅培舫,周怀春. 燃烧科学与技术. 2006(05)
[7]火灾时隧道截面形状对临界风速和烟气分布影响的数值研究[J]. 周孝清,赵相相,丁云飞,郑志敏. 广州大学学报(自然科学版). 2006(02)
[8]隧道火灾三维数值模拟的瞬态分析[J]. 谢宁,冯炼,王婉娣,张发勇. 中国铁道科学. 2005(06)
[9]巷道火灾节流过程及其影响因素的研究[J]. 傅培舫,周怀春,俞启香,蒋时才,叶汝陵. 煤炭学报. 2005(02)
[10]隧道火灾研究现状综述[J]. 洪丽娟,刘传聚. 地下空间与工程学报. 2005(01)
博士论文
[1]基于物理场模型的矿井火灾动态仿真技术研究[D]. 谭波.中国矿业大学（北京） 2010
硕士论文
[1]长大公路隧道火灾烟流性态的三维瞬态数值模拟研究[D]. 沈碧辉.西南交通大学 2008
[2]矿井火灾时期烟流动态过程的数值模拟[D]. 耿继原.辽宁工程技术大学 2007
[3]公路隧道火灾一维瞬态数值模拟研究[D]. 程小虎.西南交通大学 2007
[4]巷道中火灾烟气的流场研究[D]. 夏妍春.辽宁工程技术大学 2002
本文编号：3452478
【文章来源】：辽宁工程技术大学辽宁省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
- 21 -图 3.3 巷道三维模型示意图Fig.3.3 Schematic diagram of three-dimensional model of roadway3.2.2 矿井火灾模拟湍流模型分类及选择巷道发生火灾时，存在复杂流动，流动的雷诺数远大于 2320，属于湍流流态。关于湍流数值计算，已经采用的方法一般可以分为大涡模拟（LES）、雷诺时均法（RANS）和直接模拟（DNS）三类。通过参考相关文献[21]，并考虑流体是否可压，建立特殊的可行的问题、精度的要求、计算机的能力、时间的限制和不同模型的适用范围和限制以及软件中的模型种类。目前在 Fluent 巷道火灾燃烧模拟模型中，主要选用考虑浮力影响的RNGk 模型。
当巷道发生火灾后，火灾一般 6-15 分钟就能达到稳定，本文假定环境温度为 25℃，气压为一个标准大气压，模拟巷道坡度为 0，火源热释放率为 15m/s，释放的高温烟流温度为 1300℃。按巷道入口端通风速度的不同，取 5 种火灾模拟工况，详见表 3.1。表 3.1 巷道烟流性态发展计算工况Fig.3.1 Smoke flow of sexual state development conditions calculation工况 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5通风速度/m.s-10.5 1 1.5 2 2.53.3 模拟结果及分析3.3.1 巷道内速度场的发展规律当巷道火灾达到稳定时，巷道内烟流的速度场的变化趋势如图 3.4 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]铁路隧道火灾中烟气逆流层长度的研究[J]. 赵望达,李洪,徐志胜,姜学鹏. 防灾减灾工程学报. 2010(03)
[2]隧道内火焰顶棚射流最高温度的分布研究[J]. 毛军,郗艳红,樊洪明. 中国矿业大学学报. 2010(03)
[3]控制纵向通风隧道火灾烟流的模型[J]. 陈建忠,涂耘. 公路隧道. 2007(04)
[4]一个新的水平隧道火灾烟气逆流层长度模型研究[J]. 周延. 中国矿业大学学报. 2007(05)
[5]热阻力概念的修正及计算方法[J]. 程小虎,曾艳华. 防灾减灾工程学报. 2006(04)
[6]巷道火灾过程中燃烧速率和释热速率的预测[J]. 傅培舫,周怀春. 燃烧科学与技术. 2006(05)
[7]火灾时隧道截面形状对临界风速和烟气分布影响的数值研究[J]. 周孝清,赵相相,丁云飞,郑志敏. 广州大学学报(自然科学版). 2006(02)
[8]隧道火灾三维数值模拟的瞬态分析[J]. 谢宁,冯炼,王婉娣,张发勇. 中国铁道科学. 2005(06)
[9]巷道火灾节流过程及其影响因素的研究[J]. 傅培舫,周怀春,俞启香,蒋时才,叶汝陵. 煤炭学报. 2005(02)
[10]隧道火灾研究现状综述[J]. 洪丽娟,刘传聚. 地下空间与工程学报. 2005(01)
博士论文
[1]基于物理场模型的矿井火灾动态仿真技术研究[D]. 谭波.中国矿业大学（北京） 2010
硕士论文
[1]长大公路隧道火灾烟流性态的三维瞬态数值模拟研究[D]. 沈碧辉.西南交通大学 2008
[2]矿井火灾时期烟流动态过程的数值模拟[D]. 耿继原.辽宁工程技术大学 2007
[3]公路隧道火灾一维瞬态数值模拟研究[D]. 程小虎.西南交通大学 2007
[4]巷道中火灾烟气的流场研究[D]. 夏妍春.辽宁工程技术大学 2002
本文编号：3452478
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