高瓦斯矿井瓦斯爆炸冲击波传播规律的数值模拟研究
【摘要】煤矿巷道内发生的瓦斯爆炸属于典型的气体爆炸事故，是煤炭生产中最严重的灾害。本文在理论分析和借鉴前人研究成果的基础上，采用Fluent流体力学软件对巷道瓦斯爆炸进行数值模拟。基于现有的研究成果，建立模拟瓦斯爆炸巷道的物理和数学模型，给出数值模拟的初始条件。采用有限速率/涡耗散模型来描述瓦斯爆炸过程，使用SIMPLEC算法处理爆炸过程中压力和速度的关系，并且使用不平衡函数法处理了壁面附近的流场，提高数值模拟的精度。论文通过对巷道密闭与敞口条件下的瓦斯爆炸过程进行模拟，结果表明密闭情况下巷道的温度和超压值明显高于敞口条件；对巷道内不同浓度瓦斯爆炸的传播过程进行模拟，分析了不同浓度下瓦斯爆炸传播的特性，结果表明当瓦斯与空气刚好完全燃烧时，爆炸程度最为剧烈；结合煤矿井下环境，对巷道截面变窄、分岔等情况下的瓦斯爆炸过程进行数值模拟，得出巷道变窄处的温度和冲击波压力值大幅上升，分岔处火焰传播受到障碍物式的诱导形成湍流，加速火焰燃烧，导致温度显著上升。研究结果表明，在封闭巷道内的瓦斯爆炸程度比敞口巷道明显强烈；同一巷道内在瓦斯浓度不同但填充长度一定的情况下，瓦斯爆炸火焰传播的距离是瓦斯集聚长度的3～6倍，爆炸范围远大于瓦斯集聚范围；瓦斯爆炸过程中由于巷道截面突变形成三波点，超压显著增大，加剧爆炸程度；瓦斯爆炸的火焰阵面传播到巷道分岔处燃烧速率增大，温度大幅上升，导致分岔处瓦斯爆炸破坏程度比其它位置严重。研究结果对煤矿的安全生产和瓦斯爆炸事故的预防、调查有一定的参考价值。
【作者】耿瑞雄；
【导师】常双君；申小林；
【作者基本信息】中北大学，安全工程，2014，硕士
【关键词】瓦斯爆炸；数值模拟；巷道；湍流；
【参考文献】
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