矿井火灾期间风流状态模拟方法分析Pvc套管

矿井火灾期间风流状态模拟方法分析

矿井火灾期间风流状态模拟方法分析 2011： 矿井火灾期间的风流状态模拟是一项十分复杂的工作。它要求全面了解矿井系统及井巷围岩 的传热特性、火灾的发生发展规律、火灾期间燃烧生成物在通风网络中的传播扩散过程以及 火灾与风流的相互作用过程，并要求能够用数学模型来描述它们，而现今建立的模型基本反 映了实际的风流变化规律，又能在计算机上快速得到结果，满足直观快速的救灾实战要求 。　　1967年，英国的Roberts和Clough发表的关于木材支护在井下巷道中的火灾传播规律的论文 中首次提出了根据火灾区流出气体的组份，将火灾传播方式分为富氧火灾（Oxygen-rich fi res）和燃料过剩火灾（Fuel-rich fires）。富氧火灾指的是流出的烟流中氧气浓度超过15 %的火灾；燃料过剩火灾是指流出火灾区的烟流中含有过剩的燃料气体。燃料过剩火灾区可 划分为冷却带、焦炭带、燃烧带、过余燃料带和预热带。对富氧火灾来说，由于燃料不会存 在过剩的问题，因此没有过余燃料带。通过能量平衡方程，获得了描述燃料过剩火灾各参数 之间相互关系的方程式。因此这种火灾分类和分带方法，获得了广泛的认同。　　实际上矿井火灾大多数都是由较小的点火源引起的，再逐渐发展成富氧火灾，并大多停留在 富氧状态。只有在点火源大且持续时间长、风速低、燃料丰富等条件下，才可能发展成为燃 料过剩火灾。随着各种条件的变化，火灾的状态也是变化的，并不总是保持在一种稳定 的状态。　　1　火源特性曲线的模拟　　在火灾通风模拟时，目前确定火源参数的方法是采用火灾发展特性曲线，即根据相似条件 下发生的火灾事故，进行火灾模拟试验，确定火源温度。用这种方法，可以比较客观地对各 种不同规模、不同发展趋势的火灾的全过程进行模拟。根据大量的燃料燃烧实验资料（包 括皮带、木料、煤炭等）确定多种火源特性曲线，供火灾模拟时使用。当然，提供的火源 特性曲线与实际情况会有出入，但此模拟的结果仍有重要的参考价值。图1　木柴、皮带燃料燃烧特性（略）　　在火灾发生过程中，火源特性曲线的温度和烟气浓度随时间变化有一共同特点，即开始的上 升阶段，中间的稳定阶段，其后的下降阶段。上升阶段时间较短，斜率较大；稳定阶段达到 最高值，稳定的时间依可燃物的数量及火势大小而定；下降阶段，时间较长，斜率较小。　　图1所示为重庆煤科分院在模拟平峒内做的实验燃烧曲线。燃烧实验的条件如下： 燃烧物质：木柴1000kg，皮带204kg（长为24m，每米85kg）； 燃烧开始前巷道风速为173m/s。用以模拟木支护巷道内的皮带火灾。 图1上半部的纵坐标为烟气折算浓度C%（CO2和CO之和），图1下半部的纵坐标为火源 温度T（℃）。　　2　火灾气体在通风网络中传播过程模拟方法　　火灾气体（或其它污染物）在矿井通风网络中，随着风流的流动而向前传播。并且在随风流 动过程中还伴随着烟流的扩散运动。由于火灾期间矿井通风系统风流状态的不断变化，火灾 烟流的浓度也在不断变化。因此，火灾烟流浓度在通风网络中随时间和空间变化的规律极其 复杂。 在进行火灾期间通风模拟时，烟流扩散传播过程的模拟是一个重要的组成部分，这也是进行 温度分布计算的基础。1982年，美国的格鲁尔（REGreuer）等人最早进行了烟流扩 散的 动态模拟，他们采用的方法是在通风网络内定义一系列等烟流浓度的控制体，在一个微小时 间区间内，将所有控制体同时向前移动。具体步骤是：首先将计算时间区间分解为一系列微 小时间区间，在每个时间区间△T内，先计算火源和检查节点浓度变化情况，形成新的 控制 体，然后将各分支中已存在的控制体向前移动，当控制体到达分支末节点后，进行节点浓度 平衡计算，并在后续分支中形成新控制体，当每条分支中的控制体数超过6个时，将前面的 控制体注销，以节省内存。这种方法的局限在于：①微小时间区间△T不易确定，若选得太 小则计算工作量太大，若选得太大则烟流波峰一次可能通过不止一个节点，使计算过程复杂 化；②每个分支中都保留6个等浓度控制体，导致内存单元的有效利用率低，一方面没有烟 流通过巷道中的单元空闲，另一方面有烟流流过的巷道中控制体太少，不能完整地记录下巷 道中烟流浓度的变化情况；③每个计算区间还要再分解为许多微小区间进行计算，计算工作 量大；④当与风流温度分布计算结合起来时，计算工作量更大；⑤在每个时间区间△T内， 假设烟流浓度不变，这样才能形成等浓度的控制体。 本文提出了一种新的烟流扩散动态模拟方法。基本思路是：假设在一个较小的时间区间内， 火源的烟流（或其它污染物）浓度是线性（单调）变化的，同时在此时间区间内通风网络的 风流状态不变，且不考虑烟流前锋的分子扩散运动，烟流浓度在一个巷道断面上均匀。某一 时刻从火源流出的烟流（称为烟流锋面）在随风流流动过程中，除在风流交汇处不同浓度 混合后浓度发生变化外，其浓度保持不变。　图2　火源烟流浓度的计算模型（略）　　假设在某个时间区间（t0→t

锡林郭勒盟哪家医院癫痫病好

温州治疗焦虑症科医院哪家好

成都不孕不育医院

成都多囊卵巢看医院哪家好

通化羊癫疯专科医院出诊时间