硕士毕业论文全文,煤矿主井装卸载系统粘煤堵塞问题研究 4空气炮喷爆数值模拟

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1、5空气炮喷爆数值模拟5.空气炮喷爆数值模拟5.1CFD软件CFD意思是计算流体动力学，即ComputationalFluidDynamics，他是流体力学的一个分支，可以通过计算的手段进行流体流动及传热分析。计算流体力学由于计算量非常大，主要是通过计算机模拟进行迭代计算从而获得所研究流体的有关参数信息。使用CFD软件可以分析所研究流体的流动现象，使用计算机代替试验装置完成模拟试验，为研究人员提供了模拟仿真操作平台，免去了搭建试验平台的成本，保证了试验人员的安全性，并且节省了时间。也可以使用CFD软件与实际试验相结合的手段进行试验研究，以CFD数值模拟为试验提供指导，加深对问题的

2、理解，便于进行更深层次的研究，对比和整理模拟结果与实际试验结果得到的规律性具有很强的说服力。目前国际上常用的CFD软件是FLUENT，经过多年的发展，FLUENT具有了多种优化过的模型，如不可压缩流动和可压缩流动，定常流动和非定常流动，传热等等。FLUENT对于不同的物理问题采用合适的数值解法，使得其在数值计算方面的速度和精度以及稳定性方面有较好的表现。FLUENT可以用来模拟高度压缩的复杂流动，空气炮的喷爆是压缩气体的突然膨胀[60]，通过合适的条件设定，FLUENT可以求解出空气炮的喷爆过程参数，对于研究空气炮的喷爆具有实际的意义。5.2数值模拟过程5.2.1空气炮模型的建

3、立和网格划分空气炮可以看作是圆柱形的对称结构，所以建立二维空气炮模型就可以了。利用CAXA建立空气炮二维模型，并保存为igs格式，以便于导入到Gambit中。5空气炮喷爆数值模拟图5-1空气炮二维模型图Fig.5-1Aircannon’stwo-dimensionalmodel如图5.2所示，ABCD部分为空气炮，EFGH部分为外界环境将做好的空气炮二维图导入到Gambit。打开Gambit，点击File-import-IGES，选择保存的KONGQIPAO.igs,点击Accept图5-2二维图导入到Gambit中Fig.5-2Two-dimensionalmodellead

4、ing-inGambit导入到Gambit中的二维图还是线条，并没有形成面，需要将导入的空气炮图形形成面。点击operation-geometry-face，edge.5是图形中的CD段，除了edge.5外选中其他所有的边，点击Apply确定。FLUENT中网格的划分是十分重要的一个步骤，网格可以划分为不同的形式，对形成的面进行网格划分，选择intervalsize选项，本模拟计算采用简化的空气炮模型，为保证模拟计算的精度和速度，intervalsize选项前填写10。5空气炮喷爆数值模拟图5-3空气炮模型划分网格Fig.5-3Divideaircannonmodel’smes

5、h5.2.2边界条件利用FLUENT进行分析求解必须设置边界条件，根据物理模型的不同设置所需要的合适的边界条件。在此空气炮喷爆模拟试验中定义空气炮炮管出口外部分为压力出口边界。当出现回流时，使用压力出口边界条件来代替质量出口条件常常有更好的收敛速度。FLUENT的边界条件有很多种，需要根据不同的流场设置不同的边界条件，只有边界条件设置合理才能得到较为准确的模拟结果。根据空气炮喷爆的物理模型，本文的边界条件设置如下：空气炮的喷爆时，压缩气体冲出炮管后直接进入大气中，大气环境为0.1MPa设置EC,DF,FH,EG,GH边界条件为pressureoutlet，其余边界条件默认为wa

6、ll。点击File-Export-Mesh，保存文件，注意选择Export2-D(X-Y)Mesh选项5.2.3Fluent计算设定先将Mesh文件导入到Fluent中，点击File-Read-Case，选择划分过网格的mesh文件，导入Mesh文件之后，需要进行网格检查，点击Grid-Check进行网格检查。5空气炮喷爆数值模拟网格检查结果DomainExtents:x-coordinate:min(m)=-1.499335e+002,max(m)=1.752686e+003y-coordinate:min(m)=-1.357891e+003,max(m)=6.500000e

7、+002Volumestatistics:minimumvolume(m3):7.183150e+001maximumvolume(m3):4.808299e+002totalvolume(m3):2.022645e+006网格检查正常，最小体积没有负值由于在CAXA中画的图形是毫米单位，在Fluent中需要进行单位的变换，点击Grid-ScaleGrid，将m单位变为mm。空气炮的喷爆过程属于非定常流动，点击Define-Models-Solver选择Unsteady非定常流动。Defin