基于LBM的地下礦火災(zāi)熱流仿真研究.pdf

1、近年來，地下礦山井下巷道火災(zāi)事故頻頻發(fā)生，給國家和人民的生命財產(chǎn)安全造成了巨大的損失。地下礦山巷道結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，而且空間狹窄，一旦發(fā)生火災(zāi)就會產(chǎn)生大量的熱流，在巷道通風(fēng)系統(tǒng)的作用下迅速向巷道內(nèi)部傳播，對人員的疏散和財產(chǎn)的安全造成了很大的威脅，如果我們能夠根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的地點和通風(fēng)系統(tǒng)的影響確定火災(zāi)熱流傳播的規(guī)律和危害的大小，就可以制定科學(xué)的防御策略，設(shè)計出有效的逃逸路線，從而保證人員的安全和減小財產(chǎn)的損失。地下礦熱流態(tài)的仿真方法原先多采用

2、有限體積法，有限元法等，但是這些方法的計算比較復(fù)雜，而新興的LBM方法具有物理定義清晰、邊界條件處理簡單、程序易于實施和計算量小等優(yōu)點，因此在熱流仿真模擬上具有很好的應(yīng)用前景。
　　 本文首先介紹了地下礦山熱流仿真的基本情況和格子Bolztmann的基本理論，然后結(jié)合地下礦山巷道模型和熱格子雙分布模型對地下礦山熱流的速度、溫度、壓力分布進行了模擬。在第二章進行了簡單的平直巷道的模擬來驗證模型的正確性。對于二維巷道高雷諾數(shù)情況下的

3、熱流仿真模擬，我們利用格子Boltzmann的TD2G9-LES模型以及分塊耦合算法，建立了地下礦火災(zāi)熱流的大渦模擬模型，模型中對速度場和溫度場分別采用不同的方程進行模擬，然后再將其進行耦合。對復(fù)雜的地下巷道，通過分塊耦合方法對巷道進行分塊，計算的時候各塊分別計算，然后在各塊的公共邊界上進行數(shù)據(jù)耦合交換。在模擬的過程當(dāng)中，為了更加符合實際的巷道情況，我們在模型當(dāng)中加入了熱流的阻礙物和易燃物，仿真結(jié)果表明，該仿真方法可得到在高雷諾數(shù)情況下

4、熱流流動速度、熱流溫度和壓力的可視化仿真結(jié)果，獲得關(guān)于巷道熱流流態(tài)的直觀信息，從而為制定有效的規(guī)避熱流的方案提供依據(jù)。接下來我們根據(jù)前人研宄的基礎(chǔ)又建立了基于三維分塊耦合的適合于模擬三維巷道的熱流模型，因為三維的模擬仿真數(shù)據(jù)量巨大，為了更加合理的利用計算機資源我們對此模型進行了并行算法的設(shè)計。此模型在實際的模擬當(dāng)中取得了良好的模擬效果。
　　 本文針對地下礦巷道熱流的實際情況，提出了多個適合于模擬不同情況下的熱流蔓延仿真模型，并