通过使用FLUENT软件对离心风机内部流场进行模拟,其结果与MGS通风机试验数据采集与处理系统试验所得结果吻合较好.分析风机内部流场情况,并通过改变蜗壳宽度对风机性能进行研究,为优化风机结构打下基础.

为了研究低压缸内部的流场变化对装置激发压力冲击性能的影响,分别建立触发弹簧工作下3个不同开度的低压缸模型,结合实验所得的初始条件和边界条件,采用Fluent动网格技术,对冲击过程中低压缸内部流场进行动态数值模拟,得到了低压缸内部流场的流动规律,为低压缸的流场分布及变化规律的分析提供了理论基础,为水锤装置的结构改进和性能优化提供技术支持。

袋式除尘器内部有着复杂的湍流流场,形成的漩涡回流易造成尾部滤袋磨损和破坏。针对这一问题,利用CFD软件对袋式除尘器内部湍流流场分布进行了数值模拟。通过设置入口速度等边界条件,采用k-ε湍流模型模拟气相流动,分析了袋式除尘器内部各处速度流场、气体流场轨迹的情况,为袋式除尘器的改进和设计提供了理论依据。

基于流体动力学理论,建立了回风隅角的紊流k-ε数学模型,分析了计算边界条件;并结合采煤工作面实例,应用Fluent6.0计算流体动力学软件模拟了工作面隅角的通风流场,得出了隅角有限空间内典型截面的流动规律。模拟计算结果表明,在回风隅角处风流速度很低,靠近采空区内部甚至更低,从而使采空区涌出的瓦斯不易扩散,而造成回风隅角附近瓦斯的积聚。该模拟结果为研究隅角瓦斯运移规律及解决回风隅角瓦斯积聚问题等提供了理论基础。

为有效分析采空区自然发火危险区域的分布规律,结合现场观测和煤样升温实验,提出了模拟采空区自然发火过程关键参数的计算方法。在此基础上,对FLUENT软件进行二次开发,对采空区的流场、温度场、浓度场进行了模拟,根据模拟结果划定了采空区自然发火的危险区域。同时,考察了不同通风量情况下采空区自燃"三带"的分布规律。

为了掌握Y型通风采空区气体分布规律,根据现场实际建立了一进两回Y型通风采空区物理模型,运用Fluent软件对一进两回Y型通风采空区漏风流场、漏风量和瓦斯浓度分布进行数值模拟研究。结果表明:随至下隅角距离的增大,工作面向采空区的漏风量减小,在上隅角附近漏风量急剧增大;沿采空区长度方向,越靠近采空区深部瓦斯浓度越大;沿工作面方向靠近运输巷侧瓦斯浓度低,靠近沿空留巷侧瓦斯浓度高。

为了研究采空区内瓦斯运移规律及浓度分布情况,利用Gambit软件建立采空区瓦斯流场三维网格,采用Fluent数值模拟软件对义煤集团新安煤矿14211沿空留巷综放工作面的瓦斯流场进行数值模拟,分析了上隅角瓦斯抽放的效果及其对采空区瓦斯分布的影响特征,得到了采空区沿工作面走向、倾向和竖向3个不同方向上瓦斯浓度的分布规律。研究表明,上隅角采空区用13 kPa的负压进行铺管抽放,采空区内最高瓦斯浓度下降了50%,可以有效解决上隅角瓦斯超限问题;由于瓦斯上浮,在采空区高度方向上存在高瓦斯区域,有必要采取高抽措施。

为解决高瓦斯煤层采空区自然发火和瓦斯涌出量过大造成上隅角瓦斯超限的问题,结合O形圈理论,对采空区的渗流特性进行了分析。通过引进Ergun单相流半经验非线性渗流公式,结合连续性方程、动量方程、瓦斯动力弥散方程,建立了采空区流场的渗流模型;利用Fluent软件,结合具体实例,模拟预测并分析了采空区的风流速度场及瓦斯浓度场。模拟结果表明:根据O形圈理论以及渗流模型,利用Fluent软件进行模拟的结果符合实际情况,通过制定相应措施,提前消除了潜在的安全隐患。

为了研究高瓦斯煤层孤岛工作面采空区的流场分布规律,以天池矿15102孤岛工作面为对象,采用FLUENT数值模拟软件,对15102工作面采空区的风流场、氧浓度场、自燃三带以及瓦斯浓度场分布进行了模拟,并根据模拟结果进行了现场应用。结果表明:与孤岛工作面进风侧相邻的采空区局部存在自燃危险性,通过采用FR-1阻化泡沫灌注采空区,可有效预防15102孤岛工作面采空区浮煤自然发火,保证工作面的安全回采。

依据煤层开采后冒落带分布特征,结合覆岩采动裂隙"O"型圈理论,将采空区进行分区,建立物理模型,根据采空区多孔介质特性,分析不同区域的平均碎胀系数、渗透率、孔隙率,在fluent中分区设置参数,模拟分析采空区流场和瓦斯分布特性。