[發明專利]一種綜放工作面粉塵運動軌跡的數值模擬方法

有效

• 申請號: 201410612939.3
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN104461680A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 吳立榮;程衛民;呂大煒;于巖斌;王丹;于海明;劉陽昊
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 趙映蓉

技術領域：

本發明屬于生產領域工作面粉塵運動軌跡研究技術領域，具體涉及一種用于研究綜放工作面不同粒徑粉塵運動軌跡的數值模擬方法。

背景技術：

綜合機械化放頂煤回采工作面簡稱綜放工作面，其在生產過程中產生的粉塵嚴重影響著工人的身體健康和人生安全，所以實踐中采取合理科學的措施以降低粉塵濃度非常重要，而明確粉塵的運動軌跡是采取措施降低粉塵濃度的關鍵因素，但是，目前理論界對粉塵的數值模擬研究大多集中在粉塵運移規律上，而對不同粒徑粉塵運動軌跡的研究卻寥寥無幾。因此本發明研究設計一種新型的用于綜放工作面不同粒徑粉塵運動軌跡的數值模擬方法，具有重要的實踐價值和應用前景。

綜放工作面的風速分布影響著風流的分布，風速的大小不同，風流的流動狀態也不同，斷面風速的分布情況也有所變化，流體的流動狀態根據雷諾數的不同而分為層流和紊流兩種流態；對于圓形管道而言，當流體的流動狀態為層流時，圓管斷面的風速分布規律為旋轉拋物面；當流體的流動狀態為紊流時，由于其流動機制不同于層流，其速度分布和層流有根本的不同，在靠近管軸的大部分區域內，流體質點的橫向脈動使流層間進行的動量交換較為強烈，該區域成為紊流核區；在緊貼壁面處由于因壁面限制而脈動消失的層流薄層，流層間的粘滯力使流速急劇下降，速度梯度較大，該薄層稱為粘性底層，根據普朗特假設和尼古拉茲實驗可知圓形管道斷面粘性底層和紊流核區的速度分布函數。

綜放工作面為非圓形斷面，五十年代初B·H·沃羅寧(蘇聯礦井通風學家)發表了關于工作面橫截面上的風速分布函數，1977年東北工學院通風安全教研室在實驗研究基礎上修正了B·H·沃羅寧推導的公式，1982年暨朝頌(北京鋼鐵學院教授)從理論上推導了與B·H·沃羅寧推導的公式不同的工作面風速分布函數，1989年余躍進在以上研究的基礎上，分析了以上公式的缺陷，并根據普朗特假設提出了工作面風速分布的L·普朗特公式，上述研究的公式將粘性底層和紊流核區風流風速的計算合為一體，但是不能準確反映工作面粘性底層區風流分布情況；本發明研究設計的非圓形工作面粘性底層區風速公式是對非圓形工作面風速分布的有效補充，以此為基礎的數值模擬方法能夠切實反應綜放工作面的實際情況。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺陷，尋求設計提供一種綜放工作面粉塵運動軌跡的數值模擬方法，能夠明確模擬計算出不同粒徑粉塵的運動軌跡，從而有針對性的采取降塵措施。

為了實現上述目的，本發明涉及的數值模擬方法具體包括以下工藝步驟：

(1)根據流體力學粘性底層區流動規律和尼姑拉茲實驗經驗公式，結合綜放工作面的中心點，推導得出綜放工作面入口斷面粘性底層區風速計算公式為：

vx=v‾2(1-rr0)---(7)]]>

其中，v_x——綜放工作面入口斷面粘性底層區風速，v_x≥0，單位m/s；——綜放工作面入口斷面平均風速，單位m/s；r——綜放工作面入口斷面粘性底層區任意點(A)到綜放工作面中心點的距離，單位m；r₀——綜放工作面中心點到工作面邊界的垂直距離且經過綜放工作面入口斷面粘性底層區任意點(A)，r₀≥r，單位m。

(2)根據綜放工作面入口斷面風流的平均速度值計算得出雷諾數，以判斷風流流態：

①若雷諾數小于2000則為層流流動，那么根據綜放工作面入口斷面粘性底層區的風速公式(7)，采用常規計算機C語言編寫綜放工作面入口斷面風速自定義函數；