[發明專利]考慮環境濕度因素風流-粉塵氣固兩相流動數值模擬方法

在審

• 申請號: 202110371180.4
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113177370A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 周剛;孫彪;張清濤;張立超;王勇梅;董曉素;陳旭;苗雅楠;柳茹林;李帥龍;王俊朋;姜文靜;王存民;段晉杰;張欣遠;牛琛茜;王凱麗;邢夢瑤
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/23;G06F17/11;G06Q50/02;G06F111/10
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 盛君梅

本發明屬于煤礦井下流體力學技術領域，公開了一種考慮環境濕度因素風流?粉塵氣固兩相流動數值模擬方法，包括：依據地質勘測結果，建立綜采面物理模型；將風流和空氣中的水蒸氣視為連續相，并利用歐拉方法對綜采工作面流體運動進行描述；采用Reynolds時均方程進行湍流模擬，利用k?ε雙方程進行求解并將瞬態的脈動量在時均化方程中進行表現；利用組分輸運模型中的組分輸運方程和離散相模型中的歐拉?拉格朗日方程建立數學模型，同時由于濕度場對粉塵顆粒的影響，在碰撞過程顆粒發生的臨界偏移量用O'Rourke公式表達，模擬綜采工作面中的粉塵運動過程。本發明為研究綜采工作面采煤過程中濕度場影響粉塵的運移擴散提供充分的理論基礎。

技術領域

本發明屬于煤礦井下流體力學技術領域，尤其涉及一種考慮環境濕度因素風流-粉塵氣固兩相流動數值模擬方法。

背景技術

目前，煤炭作為我國最重要基礎能源，近年來，由于國民經濟快速推進，我國煤炭產量和煤炭消費量也隨之快速增長。綜采工作面作為我國煤炭生產最常見的場所，每年都為我國提供大量的煤炭資源。近年來隨著綜采設備的大型化，煤炭開采過程中粉塵產量和粉塵濃度大幅增加，這使得在開采過程中需要大量用水，這是造成綜采工作面空氣濕度過大的主要原因，綜采工作面空氣的相對濕度一般為60-90％，巷道局部區域相對濕度甚至達到100％。現有技術中關于煤礦井下綜采工作面采煤過程中粉塵運移擴散模擬的方法尚未見報道。因此，研究礦井不同濕度下粉塵運移擴散規律，對工作面粉塵防治和礦山環境保護具有重要意義。因此，現有技術有待于更進一步的改進和發展。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：現有技術中關于煤礦井下綜采工作面采煤過程中粉塵運移擴散模擬的方法尚未見報道。具體來說，以往研究在探究綜采面風流-粉塵運移擴散規律時，僅通過歐拉模型和朗格朗日模型進行數值模擬計算，沒有運用空氣濕度的數學模型進行數值模擬探究，也沒有對相對濕度如何影響風流及粉塵運移擴散進行研究。

解決以上問題及缺陷的難度為：在數值模擬中，研究礦井在濕度影響下的粉塵運移擴散規律，需要采用多種數學模型。其次，在數值模擬過程中，用戶自定義函數中提供的宏方法可使得模擬場景中濕度對于風流及粉塵的運移規律更符合現場作業環境。最后，不同相對濕度下粉塵的運移擴散規律是有區別的，本發明討論了不同相對濕度下粉塵的運移擴散規律。

解決以上問題及缺陷的意義為：本發明充分考慮風流及濕度場對粉塵擴散的影響，討論了不同相對濕度下的粉塵分布規律，同時通過曲線擬合確定了粉塵在不同相對濕度下的擴散范圍，最終確定了作業環境下最適合采煤的工作環境，研究工作面中不同相對濕度下的粉塵分布規律對于精準除塵與塵肺病預防具有指導性意義。模擬結果對現場作業和防塵工作都具有指導意義。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種考慮環境濕度因素風流-粉塵氣固兩相流動數值模擬方法，尤其涉及一種煤礦井下綜采工作面采煤過程中濕度場對粉塵運移擴散耦合的數值模擬方法。

本發明是這樣實現的，一種考慮環境濕度因素風流-粉塵氣固兩相流動數值模擬方法，所述考慮環境濕度因素風流-粉塵氣固兩相流動數值模擬方法包括以下步驟：

步驟一，根據3401綜采面的實際情況，采用SolidWorks構建工作面的等比例幾何模型；為方便數值模擬的進行，需要對SolidWorks中的模型進行格式轉化，為此，將SolidWorks中所建立的幾何模型的SLPRT文件另存為IGES格式文件；

步驟二，將IGES文件讀入ANSYS中的Geometry中，并生成Geometry文件，檢查實體是否與SolidWorks中模型劃分的實體一致。這樣做的目的確保了流體域的精確劃分，方便數值模擬結果的后處理操作；

步驟三，將導入的模型進行規范命名，并將Geometry中的計算域設置為流體域；對模型的各個面結構進行命名既方便了數值模擬過程中各個區域的自動識別，又可以確保在數值模擬過程中對不同的區域進行必要的邊界條件設定，設定保存并關閉Geometry窗口，在Geometry樹下更新操作；