井下救生舱内部温度场数值模拟分析

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1、井下救生舱内部温度场数值模拟分析徐志杨安标国家矿川产品安全标志屮心摘要:针对因矿井丿应急救生舱模拟爆炸引起环境温度变化时分析数据缺乏而严重彫响救生舱的开发设计问题，同某企业合作进行了救生舱内部温度场数值模拟分析并进行了实验验证，确定了救生舱内部不同位置处的温度场分布。结果表明：在靠近蓄冰箱风道管的近处温度比较低，远离风道管的i侧温度比较高，同吋在风道管出口处较近的空问区域温度比较低，但是在接近风道管出风口的一定位迸处达到最低温度，之后是越靠近出风口周围的扩散程度比较低。关键词：救牛舱；温度场；瓦斯爆炸；数值模拟0前言我国是世

2、界上最大的煤炭资源牛产国和消费国⑴，我国电力系统能源的76%来于源煤炭、家庭正常消费能源的80%和化学原料能源的60%以上都来源于煤炭能源⑵。作为能源消费大国，我国煤炭在能源生产的大格局中占有绝对的比重，达到了近70%,同时我国也是一个矿难多发国。由于我国地形复杂多样，煤矿瓦斯含最也相对较高，以及技术的问题瓦斯在开采前很难抽取，加Z我国开采技术水平低，管理不当等因索造成了很大的安全问题，在开采过程中经常带来煤矿着火和乩斯爆炸等事故，这都是造成我国矿难死亡率居高的原因卩勺。矿用救生舱能够为被困井下的矿工提供紧急避险场所并维持其

3、生命所需，为救援提供宝贵的时机，这将降低煤矿事故的死亡率，减少人民群众的生命财产损失，为煤矿安全生产创造条件，也符合我国经济社会和谐发展的要求，因此受到了越来越多的重视闷。由于缺少设计研发和实际应用等方面的经验，国内救生舱生产人多通过尝试法來进行设计，为了提高救纶舱结构的可靠性、节约实验成木和缩短设计周期，本文应用数值模拟法对其所设计救生舱内部温度场进行模拟分析，并进行了实验验证，为其传感器布置及救生舱内温度控制提供理论上的指导。1几何结构某型号救生舱的舱体分为三层，最外层为隔爆壳，用10mm厚的钢板制成；中间层为隔热层，川

4、75mm厚的真空隔热棉硅酸铝棉毡填充；内层为扌当板，JIJ3mm厚的钢板制造而成。在Pro/E零件模块屮绘制救生舱模型，按照尺寸绘制好救生舱的每一段、各个部分包括舱门以及两端舱段，然后在组装模块里将所有救牛:舱零部件进行组装，组装好的救牛舱如图1所示。图1救牛舱图三维模型在両处理软件GAMBIT中将保存好的Pro/E救牛舱图形文件调入，在GAMBIT中对其进行布尔运算，将整个救生舱多余的线条和图形合并在一起，接下来再对其救生舱进行网格划分，划分网格后的救生舱如图2所示。图2救生舱GAMBIT网格划分在GAMBIT中网格划分完

5、成后，在FLUENT中调入msh文件，并进行处理进行边界条件的设定。2数值模拟2.1边界条件处理根据救生舱的隔热功能和相关要求，救生舱内部温度必须控制在一定范F貝内，在矿难高温条件卜-能够满足人员一定时间内的正常'牛存的温度条件。在FLUENT屮进行进行初始化设置。舱体外部温度设置为40°,对舱内温度各个边界条件进行设置，迭代步长设置为600,进行迭代仿其计算得到的】11

6、线如图3所示，从图屮可以看出各条1111线都达到了收敛，而且收0100200300400500600敛也比较平稳，说明舱内温度经过迭代后达到了平衡状态。I

7、terations图3收敛稳定性oT(由于考察的是救生舱舱内的温度场分布，所以耍确定截面才能够看到舱内温度场的分一pn------X-Velocity)2布。对救生舱内部达到S稳态Z后的试验结果分析，观察平面的选择如表1所示。——匕E一VelocityUSZ-Velocity表1观察截面的选择序号-6-观察平面名称距进舱前端距离，m1-7-x-3.53.5x-4423x-4.54.54x-555x-5.55.52.2模拟结果及分析在FLUENT完成分析后，选収整个舱体外部的温度场分布进行观察分析，结果如图4所示：■36,32

8、,敬•24/*

9、风道管的近处温度比较低，远离风道管3Z的®28：u，24"<10a一侧温度比鮫高，同时在风道管出口处较近的空间区域温度比较低，但是在接近风道管出风口的-淀位置处达到最低温度，之后是越靠近出风口周围的扩散程度比较低，通过以上分析可以看出，在最靠近风道管的近区处周围温度反而比稍远离风道管口的地