[发明专利]一种计算矿井全风网突出冲击波传播特征的多维耦合方法

说明书

本发明公开了一种计算矿井全风网突出冲击波传播特征的多维耦合方法，包括突出源近源巷道FLUENT多维计算、远源巷道Flowmaster一维计算和MPCCI多维度耦合计算方法。针对突出源周边井巷冲击气流特点，建立煤粉‑瓦斯固气两相流模型，利用FLUENT计算模拟，得出不同巷道类型下突出冲击波的衰减特征和衰减因子；在上述结论基础上对远源巷道分支进行一维简化，确定巷道结构的等效压损和突出压力源等效衰减曲线，借助Flowmaster软件计算远源巷道突出冲击波的传播特征；进一步采用MPCCI软件耦合求解突出冲击波在突出源近源巷道(FLUENT多维计算模型)、突出源远源巷道(Flowmaster一维计算模型)以及耦合面处的冲击压力变化趋势，从而获得突出冲击波在整个井下风网内的传播特征。通过本发明可以高效准确地计算突出冲击波在矿井全风网中的传播特征。

技术领域

本发明涉及一种突出冲击波传播计算方法，特别涉及一种计算矿井全风网突出冲击波传播特征的多维耦合方法。

背景技术

在煤与瓦斯突出源周边巷道中的冲击气流是由膨胀瓦斯流携带大量煤粉而形成的，其传播速度快，湍流作用明显，气流具有显著的气固二相性特征。煤粉颗粒在气流运动特征中的表现作用明显，其质量较大，加速度较小，且和瓦斯气体间存在相对运动，颗粒间也存在相互碰撞、摩擦的现象，而且还受到流体的曳力作用，表现出显著的耗能阻滞效应。目前，在研究突出冲击波在巷道中的传播特征时一般对冲击气流进行简化，忽略煤粉颗粒的作用，仅研究瓦斯气体的衰减规律。

突出冲击气流能量巨大，传播距离远，影响范围广，而远源分支巷道气流中的湍流作用逐渐降低，煤粉逐渐沉降，流体参数和梯度主要表现在传播方向上，冲击超压在气流传播方向上的改变要远高于横向压力值，此时研究其传播规律的方法和近源巷道又有所不同。另外，对于矿井全风网来说，因风路复杂和线路长等问题导致计算量大，模拟困难。

MPCCI是一款用于解决多物理场耦合问题的专业接口软件，耦合的实现是基于其较强的网格自适应能力，使得一维软件三维软件间能够在此基础上实现数据传递。在一维计算中对应节点流量和节点压力，而在三维计算中单元体被分为n个节点，每个节点对应一个表面单元，构成单元体总体表面，参数交换的本质就是使得一维节点流量和压力与进出单元体的总流量和表面压力保持一致。

基于上述现状，迫切需要提出一种计算矿井全风网突出冲击波传播特征的多维耦合方法，其中，对突出源近源巷道气固两相流采用FLUENT多维计算，对远源巷道采用Flowmaster一维简化计算，并运用MPCCI进行突出源近源巷道与远源巷道间的多维耦合计算。

发明内容

本发明的目的在于提出一种计算矿井全风网突出冲击波传播特征的多维耦合方法，这种方法考虑了突出源近源巷道和远源巷道中冲击气流的组成、运动特征的不同，分别采用FLUENT和Flowmaster软件计算相应的冲击气流传播特征，并利用MPCCI软件实现了突出源近源和远源巷道之间的耦合计算，从而得到了突出冲击波在矿井全风网中的传播特征。

一种计算矿井全风网突出冲击波传播特征的多维耦合方法，该方法包括：

(1)针对突出源近源巷道突出冲击波传播采用FLUENT多维计算方法：建立突出煤粉-瓦斯固气两相流模型，考虑煤粉及瓦斯的相互作用关系，对突出源近源巷道使用二维或三维流体仿真软件FLUENT进行数值模拟和分析数据，并得出各个巷道类型的衰减特征及衰减因子，记录突出源的压力变化情况。

(2)针对突出源远源巷道突出波传播采用Flowmaster一维计算方法：突出压力源数据使用(1)中收集得到的突出源压力变化曲线，用一维模拟软件Flowmaster的压力损失原件代替冲击波在特殊结构处的压力损失，调整参数使其压力损失与(1)中得到的衰减特征及衰减因子相符，并使用一维模拟数据反推衰减因子与(1)对应验证其合理性。

(3)针对突出源近源巷道与远源巷道之间的突出冲击波传播参数交换采用MPCCI多维耦合计算方法，具体步骤如下：