基于区网耦合模拟的矿井通风系统抗灾能力分析

论文摘要

分析矿井正常生产和灾变时期通风系统动态变化的过程是了解和提高矿井通风系统抗灾能力的重要技术支撑,基于以上认识,本文分析了循环风和串联风等不合理通风系统降低矿井通风系统抗灾能力的作用规律,研究了矿井火灾动态模拟技术对分析和提高通风系统抗灾能力的作用机理。为了提高网络模拟结果的正确性,对矿井火灾风流网络模拟软件进行修正和完善;基于实际火灾中火源邻近区域出现分层现象,论文进行了一、二维耦合模拟技术可行性分析,验证了区域模拟技术的在矿井巷道火灾模拟中的适用性,证明了多单元区域模拟方法可以将区域模型很好的应用到矿井火灾中。建立区网耦合模拟的数学模型,开发了相应的实现程序;提出了区网完全耦合模拟理论,并对完全耦合模拟程序的实现进行了探讨和设计。通过实际矿井火灾的数据和模拟计算结果的比较分析,证明了区网耦合模拟技术的优越性,可以为矿井火灾制定可行的救灾决策及进行矿井通风系统抗灾能力分析服务。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 本论文研究领域的国内外概况
• 1.2.1 矿井通风系统稳定性和可靠性研究现状
• 1.2.2 火灾安全科学技术发展和研究方法
• 1.2.3 火灾时期风流状态及烟流流动规律研究概况
• 1.2.4 火灾计算机模拟技术的研究及成果
• 1.2.5 耦合模拟技术研究现状
• 1.3 论文研究内容
• 2 矿井通风系统抗灾能力初步研究和分析
• 2.1 矿井通风系统稳定性和可靠性理论
• 2.1.1 通风系统的稳定性与可靠性的含义和研究内容
• 2.1.2 通风系统的可靠性
• 2.2 不合理矿井通风的表现形式及矿井通风系统可靠性分析
• 2.2.1 矿井通风系统的合理性分析
• 2.2.2 可控循环风的抗灾能力分析
• 2.2.3 串联通风的抗灾能力分析
• 2.3 本章小结
• 3 火灾烟流网络模拟技术及软件修正
• 3.1 火灾网络模拟技术基础
• 3.1.1 网络模拟基本原理
• 3.1.2 矿井通风稳态模拟方法
• 3.2 矿井火灾风流网络模拟技术
• 3.2.1 巷道围岩与风流的热交换
• 3.2.2 矿井火灾火源燃烧的模拟
• 3.2.3 矿井火灾的准稳态模拟技术
• 3.2.4 矿井火灾的非稳态模拟技术
• 3.2.5 火灾风流网络模拟的技术特点及发展趋势
• 3.3 火灾风流网络模拟软件MFIRE 的修正和可视化
• 3.3.1 火灾风流网络模拟技术的应用现状
• 3.3.2 MFIRE 软件源程序运行流程图
• 3.3.3 软件的单位转换
• 3.3.4 软件的可视化
• 3.4 本章小结
• 4 火灾区域模拟技术及在矿井火灾模拟的适用性研究
• 4.1 巷道火灾区域模拟技术
• 4.1.1 巷道火灾发展过程数学模型
• 4.1.2 区域模拟数值计算方法
• 4.1.3 矿井巷道火灾区域模拟可行性实验验证
• 4.2 火灾区域模拟软件CFAST 特点及介绍
• 4.2.1 火灾区域模型的结构及特点
• 4.2.2 CFAST 软件介绍
• 4.2.3 CFAST 软件在矿井火灾模拟中应用的理论分析
• 4.3 矿井火源燃烧特性确定及应用研究
• 4.3.1 固定热量输出的火源特性
• 2 火灾模型特性曲线'>4.3.2 T²火灾模型特性曲线
• 4.3.3 火灾实验与火源燃烧曲线建立
• 4.3.4 模拟结果分析
• 4.4 多单元区域方法在矿井火灾模拟中的应用
• 4.4.1 多单元区域模拟方法
• 4.4.2 火源的设定和模拟单元的分块
• 4.4.3 模拟结果分析
• 4.4.4 结论
• 4.5 本章小结
• 5 区网耦合模拟理论及技术研究
• 5.1 耦合模拟理论研究现状
• 5.1.1 耦合方法原理
• 5.1.2 火灾通道分层交界面耦合模型
• 5.1.3 巷道火灾区网模拟的松散耦合
• 5.2 区网松散耦合及程序设计
• 5.2.1 程序主界面
• 5.2.2 区域模拟及获取耦合数据
• 5.2.3 区域模拟结果显示
• 5.2.4 图形显示功能
• 5.3 区网完全耦合边界条件的确立模型
• 5.3.1 区网耦合边界的判别条件
• 5.3.2 交界面温度的耦合
• 5.3.3 交界面烟气浓度的耦合
• 5.4 区网完全耦合理论及程序设计
• 5.5 本章小结
• 6 瓦尔多矿井火灾实验及结果对比分析
• 6.1 实验情况
• 6.1.1 瓦尔多（Waldo）矿山背景
• 6.1.2 实验的建立
• 6.1.3 实验操作
• 6.2 区域模拟结果与实验数据对比分析
• 6.2.1 火源附近巷道岩壁温度变化情况比较
• 6.2.2 火源附近烟流温度变化情况比较
• 6.2.3 烟气层高度变化情况分析
• 6.3 区网耦合模拟结果对比分析
• 6.3.1 温度耦合模拟计算结果的对比分析
• 6.3.2 烟气浓度耦合模拟结果的对比分析
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 主要研究成果
• 7.2 创新点
• 7.3 存在的不足和未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文
• 在学期间参加科研项目