第36卷第8期 北京科技大学学报 Vol.36 No.8 2014年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2014 井下避难硐室压风供氧分布规律研究 金龙哲⑧，王奕，汪澍，詹子娜 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:lzin@ustb.cdu.cn 摘要为实现避难酮室内良好生存环境，提高人员生存环境质量，并为今后避难酮室的设计提供指导性依据，基于数值模 拟软件FLUENT仿真平台，以压风供氧方式下的避难丽室生存区为研究对象，对主要扰动源进行分析，建立两种压风供氧管 路方案下的避难酮室三维模型.通过控制方程组、RNGk一ε湍流模型、有限容积离散方法和SIMPLE算法相结合的方式，实现 避难酮室空气分布可视化.得出在压风供氧下，以九个布气孔弥散式均匀布气的管道布置及尺寸设计最优方案，以及酮室内 氧气和二氧化碳体积分数的主要分布规律.通过现场载人试验验证了数值模拟的可靠性. 关键词避难酮室：供氧：空气分布：氧气浓度：数值模拟 分类号X913.4 Distribution regularity study of air pressure supply to mine refuge chambers JIN Long-zhe,WANG Yi,WANG Shu,ZHAN Zi-na Schoolof Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:lzjin@ustb.edu.cn ABSTRACT To achieve good indoor living environment,improve the quality of staff living environment in refuge chambers and pro- vide a basis guidance of design for the future,based on numerical simulation software FLUENT,the survival area under the way of air pressure supply was used as a research object,the main disturbance source was analyzed,and a three-dimensional model was set up with two kinds of air pressure supply pipelines.Air distribution in refuge chambers was visualized through the control equations,the RNG A turbulence model and the finite volume discrete method in combination with SIMPLE algorithm.In the condition of air pres- sure supply,the layout of a uniform gas pipeline with nine air holes was determined as the optimal design scheme,and the volume frac- tion distribution regularities of oxygen and carbon dioxide were obtained.The feasibility of this numerical simulation was verified with field test. KEY WORDS refuge chambers;oxygen supply:air distribution:oxygen concentration:numerical simulation 避难硐室是一个对气密性、人体舒适性、气体净为重要回.由于避难硐室内空气环境的质量不仅关 化、氧气供给、空气循环等多方面综合考虑的井下特 系到人员的舒适与健康，也会影响到酮室内的能源 殊生存场所，可供避难人员生存几十个小时四.因 消耗，获得良好的空气流动形式就需着重考虑酮室 此当避难人员进入后，由于人员产生的新陈代谢作 内温湿度分布及氧气、二氧化碳等气体空间分布的 用，使硐室内的空气品质发生一定的改变，产生氧气 情况.由于国内外对避难硐室压风供氧分布规律数 浓度下降、二氧化碳浓度上升、温湿度失去平衡等一 值模拟的研究几乎处于空白阶段，因此本文以压风 系列的问题 供氧方式为例，通过分析供氧扰动因素设计压风管 空气对人类生存来说是极其重要的条件，当人 路对比方案，运用FLUENT数值模拟软件对避难酮 类生存在相对密闭的空间中时，这一条件便显得尤 室空气分布规律进行理论分析，以实现硐室内的良 收稿日期：201304-27 基金项目：“十二五”国家科技支撑计划资助项目(2012BAKO9B00) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.08.003:http://journals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 8 期 2014 年 8 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 8 Aug． 2014 井下避难硐室压风供氧分布规律研究 金龙哲，王 奕，汪 澍，詹子娜 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083  通信作者，E-mail: lzjin@ ustb． edu． cn 摘 要 为实现避难硐室内良好生存环境，提高人员生存环境质量，并为今后避难硐室的设计提供指导性依据，基于数值模 拟软件 FLUENT 仿真平台，以压风供氧方式下的避难硐室生存区为研究对象，对主要扰动源进行分析，建立两种压风供氧管 路方案下的避难硐室三维模型． 通过控制方程组、ＲNG k--ε 湍流模型、有限容积离散方法和 SIMPLE 算法相结合的方式，实现 避难硐室空气分布可视化． 得出在压风供氧下，以九个布气孔弥散式均匀布气的管道布置及尺寸设计最优方案，以及硐室内 氧气和二氧化碳体积分数的主要分布规律． 通过现场载人试验验证了数值模拟的可靠性． 关键词 避难硐室; 供氧; 空气分布; 氧气浓度; 数值模拟 分类号 X 913. 4 Distribution regularity study of air pressure supply to mine refuge chambers JIN Long-zhe ，WANG Yi，WANG Shu，ZHAN Zi-na Schoolof Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: lzjin@ ustb． edu． cn ABSTＲACT To achieve good indoor living environment，improve the quality of staff living environment in refuge chambers and pro￾vide a basis guidance of design for the future，based on numerical simulation software FLUENT，the survival area under the way of air pressure supply was used as a research object，the main disturbance source was analyzed，and a three-dimensional model was set up with two kinds of air pressure supply pipelines． Air distribution in refuge chambers was visualized through the control equations，the ＲNG k--ε turbulence model and the finite volume discrete method in combination with SIMPLE algorithm． In the condition of air pres￾sure supply，the layout of a uniform gas pipeline with nine air holes was determined as the optimal design scheme，and the volume frac￾tion distribution regularities of oxygen and carbon dioxide were obtained． The feasibility of this numerical simulation was verified with field test． KEY WOＲDS refuge chambers; oxygen supply; air distribution; oxygen concentration; numerical simulation 收稿日期: 2013--04--27 基金项目: “十二五”国家科技支撑计划资助项目( 2012BAK09B00) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 08． 003; http: / /journals． ustb． edu． cn 避难硐室是一个对气密性、人体舒适性、气体净 化、氧气供给、空气循环等多方面综合考虑的井下特 殊生存场所，可供避难人员生存几十个小时［1］． 因 此当避难人员进入后，由于人员产生的新陈代谢作 用，使硐室内的空气品质发生一定的改变，产生氧气 浓度下降、二氧化碳浓度上升、温湿度失去平衡等一 系列的问题． 空气对人类生存来说是极其重要的条件，当人 类生存在相对密闭的空间中时，这一条件便显得尤 为重要［2］． 由于避难硐室内空气环境的质量不仅关 系到人员的舒适与健康，也会影响到硐室内的能源 消耗，获得良好的空气流动形式就需着重考虑硐室 内温湿度分布及氧气、二氧化碳等气体空间分布的 情况． 由于国内外对避难硐室压风供氧分布规律数 值模拟的研究几乎处于空白阶段，因此本文以压风 供氧方式为例，通过分析供氧扰动因素设计压风管 路对比方案，运用 FLUENT 数值模拟软件对避难硐 室空气分布规律进行理论分析，以实现硐室内的良