矿井火灾烟气流动及温度分布规律数值模拟研究

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1、声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：斐玄整日期：翌堡!厶：f关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；

2、⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：矍蜜基日期：：塑屋!笪12导师签名：太原理工大学硕士研究生学位论文矿井火灾烟气流动及温度分布规律数值模拟研究摘要IIIIPIIllllllllllllllIHIPllllrlIJIIIIIY2395358矿井火灾不仅破坏井下设备和烧毁封堵大量的煤炭资源，而且火灾时期产生的大量烟气污染污染物的扩散蔓延，会导致整个矿井通风网络中风流温度快速升高，甚至在局部巷道内产生火风压，出现烟流逆退现象，造成风流回流和紊乱，扩大井内受灾面积，加大火灾损失。如果矿井的防灭火措施不足，有可能引起瓦斯爆炸事故，造成更严重的损

3、失，井下高温，有毒的环境严重威胁着井下工作人员的生命安全。迅速准确地掌握矿井时期压力、温度及污染物的分布规律，及时实施正确的防避灾方法能大幅度的降低火灾所造成的伤亡和资源损失，并正确引导人员避灾逃生，对降低火灾所造成的大量人员伤亡、控制火势快速发展等有非常重要的意义。历年来实验跟数值模拟是研究火灾的主要途径，模拟研究具有耗资少，时间短，可以重复研究的优点，尤其是随着现代科学技术的发展，计算机技术已经在各个领域得到广泛的应用。在火灾科学研究领域CFD(计算流体力学、)软件受到很大关注。目前常用的CFD软件有FLUENT、PHOENICS、STAR．CD、FDS等。其中FLUENT具

4、有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，涉及流体、辐射换热及燃烧等多种工程问题，目前广泛的应用到各行各业中。因为矿井火灾造成的最大危害主要是有毒有害气体及对巷道风流造成的紊乱，所以本文主要模拟火灾时期巷道温度分布、烟气中有毒有害成分分布、对流换热过程。本文以分析火灾燃烧特性与火灾时期风流紊乱逆流的原因为基础，建立了矿井典型场景火灾燃烧的数学及物理模型，应用FLUENT数值模拟技术，研究矿井典型场景火灾烟气流动及温度分布规律。首先，建立了水平单巷物理模型、水平工作面物理模型，在不影响火灾模’太原理工大学硕士研究生学位论文拟的基础上，复杂问题简单化，运用fluent的

5、建模软件Gambit建立所研究问题的物理模型，采用RNGk-￡两方程湍流模型、Pl辐射模型、能量方程、组分输运模型及PDF燃烧模型在fluent中解算，得到以C02所表示的烟气分布、巷道截面的温度分布、及辐射换热对巷道的影响范围、不同风速条件下火势的发展范围。利用FLUENT进行数值模拟得出了入口风速对火源蔓延的影响，燃料流量对火源蔓延的影响，火源燃烧随时间的变化规律及烟气蔓延特点，得出了要控制巷道烟气回流可以采取增加纵向通风速度，但是也加快了烟气向巷道下游蔓延的速度，因此合理的纵向风速，对巷道火灾时期灭火救灾及人员逃生，会有重要作用。关键词：矿井火灾，数值模拟，Fluent，温

6、度，烟流控制太原理工大学硕士研究生学位论文THENUMElUCALMODELSRESEARCHONMINEFIRESMOKEFLOWANDREGULAIUTIESOFTEMPERATUREDISTRIBUTIONABSTRACTMinefirenotonlydes仃oyedtheequipmentandburnedupSOmanycoalresources，butalsoproducedalotofsmokepollutionintheeventoffirespreadingwhichwillleadtothewindspeedtemperaturegoesupquicklyin

7、thewholemineventilation，eveninsomeroadwayleadtothewindburn，appearthesmokeflowinverseretreatphenomenonthatcausewindspeedrefluxanddisorder,expandtheaffectedarea，increasethefiredamage．Ifminefirepreventionmeasuresareinadequate，itmaycauseagasexplo