[發明專利]一種計算礦井全風網突出沖擊波傳播特征的多維耦合方法

在審

• 申請號: 201811443457.4
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109558678A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 周愛桃;張蒙;王凱;馮天飛;范靈鵬
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種計算礦井全風網突出沖擊波傳播特征的多維耦合方法，包括突出源近源巷道FLUENT多維計算、遠源巷道Flowmaster一維計算和MPCCI多維度耦合計算方法。針對突出源周邊井巷沖擊氣流特點，建立煤粉?瓦斯固氣兩相流模型，利用FLUENT計算模擬，得出不同巷道類型下突出沖擊波的衰減特征和衰減因子；在上述結論基礎上對遠源巷道分支進行一維簡化，確定巷道結構的等效壓損和突出壓力源等效衰減曲線，借助Flowmaster軟件計算遠源巷道突出沖擊波的傳播特征；進一步采用MPCCI軟件耦合求解突出沖擊波在突出源近源巷道(FLUENT多維計算模型)、突出源遠源巷道(Flowmaster一維計算模型)以及耦合面處的沖擊壓力變化趨勢，從而獲得突出沖擊波在整個井下風網內的傳播特征。通過本發明可以高效準確地計算突出沖擊波在礦井全風網中的傳播特征。

技術領域

本發明涉及一種突出沖擊波傳播計算方法，特別涉及一種計算礦井全風網突出沖擊波傳播特征的多維耦合方法。

背景技術

在煤與瓦斯突出源周邊巷道中的沖擊氣流是由膨脹瓦斯流攜帶大量煤粉而形成的，其傳播速度快，湍流作用明顯，氣流具有顯著的氣固二相性特征。煤粉顆粒在氣流運動特征中的表現作用明顯，其質量較大，加速度較小，且和瓦斯氣體間存在相對運動，顆粒間也存在相互碰撞、摩擦的現象，而且還受到流體的曳力作用，表現出顯著的耗能阻滯效應。目前，在研究突出沖擊波在巷道中的傳播特征時一般對沖擊氣流進行簡化，忽略煤粉顆粒的作用，僅研究瓦斯氣體的衰減規律。

突出沖擊氣流能量巨大，傳播距離遠，影響范圍廣，而遠源分支巷道氣流中的湍流作用逐漸降低，煤粉逐漸沉降，流體參數和梯度主要表現在傳播方向上，沖擊超壓在氣流傳播方向上的改變要遠高于橫向壓力值，此時研究其傳播規律的方法和近源巷道又有所不同。另外，對于礦井全風網來說，因風路復雜和線路長等問題導致計算量大，模擬困難。

MPCCI是一款用于解決多物理場耦合問題的專業接口軟件，耦合的實現是基于其較強的網格自適應能力，使得一維軟件三維軟件間能夠在此基礎上實現數據傳遞。在一維計算中對應節點流量和節點壓力，而在三維計算中單元體被分為n個節點，每個節點對應一個表面單元，構成單元體總體表面，參數交換的本質就是使得一維節點流量和壓力與進出單元體的總流量和表面壓力保持一致。

基于上述現狀，迫切需要提出一種計算礦井全風網突出沖擊波傳播特征的多維耦合方法，其中，對突出源近源巷道氣固兩相流采用FLUENT多維計算，對遠源巷道采用Flowmaster一維簡化計算，并運用MPCCI進行突出源近源巷道與遠源巷道間的多維耦合計算。

發明內容

本發明的目的在于提出一種計算礦井全風網突出沖擊波傳播特征的多維耦合方法，這種方法考慮了突出源近源巷道和遠源巷道中沖擊氣流的組成、運動特征的不同，分別采用FLUENT和Flowmaster軟件計算相應的沖擊氣流傳播特征，并利用MPCCI軟件實現了突出源近源和遠源巷道之間的耦合計算，從而得到了突出沖擊波在礦井全風網中的傳播特征。

一種計算礦井全風網突出沖擊波傳播特征的多維耦合方法，該方法包括：

(1)針對突出源近源巷道突出沖擊波傳播采用FLUENT多維計算方法：建立突出煤粉-瓦斯固氣兩相流模型，考慮煤粉及瓦斯的相互作用關系，對突出源近源巷道使用二維或三維流體仿真軟件FLUENT進行數值模擬和分析數據，并得出各個巷道類型的衰減特征及衰減因子，記錄突出源的壓力變化情況。

(2)針對突出源遠源巷道突出波傳播采用Flowmaster一維計算方法：突出壓力源數據使用(1)中收集得到的突出源壓力變化曲線，用一維模擬軟件Flowmaster的壓力損失原件代替沖擊波在特殊結構處的壓力損失，調整參數使其壓力損失與(1)中得到的衰減特征及衰減因子相符，并使用一維模擬數據反推衰減因子與(1)對應驗證其合理性。

(3)針對突出源近源巷道與遠源巷道之間的突出沖擊波傳播參數交換采用MPCCI多維耦合計算方法，具體步驟如下：