第8期 金龙哲等：井下避难硐室压风供氧分布规律研究 ·1009· 27.8m,宽为4.4m,高3.8m,断面形状为半圆拱形， 表1主要边界参数 拱顶半径为2.2m,直墙高1.6m.此外，在模型内部 Table 1 Main boundary parameters 还包括了生存区内的常用设备，并根据第50百分位 温度/ 组分及其 湍流 位置 边界类型 ℃ 质量分数 强度/% 数的男性人体坐姿参数建立了人体模型，其基础模 23%的02 型如图3所示.人体模型共计100人，成四行分布， 速度入口 0.5%的C02 按硐室中轴线成对称分布，外侧人员朝内，内侧人员 压风入口 21 5 13ms-1 0.5%的H,0 朝外，每行25人，占用《规定》中人体所需最小面 76%的N, 积，并在人体相应口鼻位置设置模拟吸入氧气及呼 压风布气口 interface 出二氧化碳平面.本文忽略人体站立走动因素，将 压风回流口 outflow 人员所占空间排列及朝向等可对气流产生影响的 人体吸气面 outflow 因素，布置成与图4现场试验中相似方式，以便于 21.5%的02 对比. 速度入口 0.9%的C02 人体呼气面 0.0003m-s-1 32 在划分网格过程中，本文选择应用体网格TGid 2.1%的H20 (Tet/Hybrid)结构网格类型，该类型的网格主要采 75.5%的N2 用四面体单元，但是在恰当的地方也用到了六面体 硐室内部，人员通常为坐式状态，偶尔站立活动，因 或锥形体、楔形体等单元)，最终得出每个模型的 此本文对人体坐姿高度约1.3m处和人体站姿高度 体网格量约为170万个. 约1.8m处，分别分析两方案的氧气体积分数等值 线图；同时通过两平面长度方向中轴线和酮室高度 方向中轴线上的氧气体积分数散点数值分布趋势， t 基于对《规定》中气体浓度单位的考虑，总结氧气浓 度规律0-山 通过图5~图9所示，在1.3m的高度上，方案 一中酮室中心位置的氧气体积分数在20.81%~ 20.93%之间，两侧体积分数在20.93%~21.01% 图3避难硐室基础模型轴测图 之间：方案二中硐室中心位置的氧气体积分数在 Fig.3 Axonometric drawing of the basic model of refuge chambers 18.20%~19.25%之间，两侧体积分数在19.25%~ 19.50%之间.在1.8m的高度上，方案一中硐室中 心位置的氧气体积分数在20.89%~20.94%之间， 两侧体积分数在20.94%~21.02%之间：方案二中 酮室中心位置的氧气体积分数在19.15%~ 19.33%之间，两侧体积分数在19.33%~19.51% 图4载人试验测点布置图 之间：在高度方向中垂线上，方案一的氧气体积分数 Fig.4 Manned test point arrangement 在20.90%~20.96%之间，方案二的氧气体积分数 2.2边界条件设定 在19.18%~19.32%之间，氧气体积分数都随高度 本文将全部壁面设置为绝热墙壁类型，进气口 的增加而增加.通过以上数据可以得出，酮室两侧 处设置为速度入口（因在实际工程中，当满足风量 的氧气体积分数高于中心位置，且1.8m处的氧气 条件时，不同大小的压风主管其压力可调节，而综合 体积分数略高于1.3m处. 考虑最佳风速范围内人体舒适程度，速度入口更容 根据以上数据可以得出：方案一中1.3m和1.8 易控制，使两种方案更具有对比性)，出气口处设置 m两平面处及中垂线上的氧气体积分数明显高于方 为出流，流通面处设置为interface,同时对以上边界 案二，氧气体积分数值跨度较小，分布更加均匀：方 条件处的温度、组分、速度和湍流强度也设置了详细 案二中已局部出现低于18.5%的氧气体积分数点， 的参数值s-9,如表1所示 不符合《规定》要求，且氧气浓度较低易使人体降低 2.3数值模拟结果分析 工作效率，并可导致在头部、肺部和循环系统处出现问 基于以上两种压风供氧方案，数值模拟过程分 题回，因此本文认为方案一的压风管路更优 别迭代到345次和389次时完成计算.由于在避难 基于方案一的压风供氧方式，本文对硐室内人第 8 期 金龙哲等: 井下避难硐室压风供氧分布规律研究 27. 8 m，宽为 4. 4 m，高 3. 8 m，断面形状为半圆拱形， 拱顶半径为 2. 2 m，直墙高 1. 6 m． 此外，在模型内部 还包括了生存区内的常用设备，并根据第 50 百分位 数的男性人体坐姿参数建立了人体模型，其基础模 型如图 3 所示． 人体模型共计 100 人，成四行分布， 按硐室中轴线成对称分布，外侧人员朝内，内侧人员 朝外，每行 25 人，占用《规定》中人体所需最小面 积，并在人体相应口鼻位置设置模拟吸入氧气及呼 出二氧化碳平面． 本文忽略人体站立走动因素，将 人员所占空间、排列及朝向等可对气流产生影响的 因素，布置成与图 4 现场试验中相似方式，以便于 对比． 在划分网格过程中，本文选择应用体网格 TGrid ( Tet /Hybrid) 结构网格类型，该类型的网格主要采 用四面体单元，但是在恰当的地方也用到了六面体 或锥形体、楔形体等单元［7］，最终得出每个模型的 体网格量约为 170 万个． 图 3 避难硐室基础模型轴测图 Fig． 3 Axonometric drawing of the basic model of refuge chambers 图 4 载人试验测点布置图 Fig． 4 Manned test point arrangement 2. 2 边界条件设定 本文将全部壁面设置为绝热墙壁类型，进气口 处设置为速度入口( 因在实际工程中，当满足风量 条件时，不同大小的压风主管其压力可调节，而综合 考虑最佳风速范围内人体舒适程度，速度入口更容 易控制，使两种方案更具有对比性) ，出气口处设置 为出流，流通面处设置为 interface，同时对以上边界 条件处的温度、组分、速度和湍流强度也设置了详细 的参数值［8 － 9］，如表 1 所示． 2. 3 数值模拟结果分析 基于以上两种压风供氧方案，数值模拟过程分 别迭代到 345 次和 389 次时完成计算． 由于在避难 表 1 主要边界参数 Table 1 Main boundary parameters 位置 边界类型 温度/ ℃ 组分及其 质量分数 湍流 强度/% 压风入口 速度入口 13 m·s － 1 21 23% 的 O2 0. 5% 的 CO2 0. 5% 的 H2O 76% 的 N2 5 压风布气口 interface — — — 压风回流口 outflow — — — 人体吸气面 outflow — — — 人体呼气面 速度入口 0. 0003 m·s － 1 32 21. 5% 的 O2 0. 9% 的 CO2 2. 1% 的 H2O 75. 5% 的 N2 8 硐室内部，人员通常为坐式状态，偶尔站立活动，因 此本文对人体坐姿高度约 1. 3 m 处和人体站姿高度 约 1. 8 m 处，分别分析两方案的氧气体积分数等值 线图; 同时通过两平面长度方向中轴线和硐室高度 方向中轴线上的氧气体积分数散点数值分布趋势， 基于对《规定》中气体浓度单位的考虑，总结氧气浓 度规律［10 － 11］． 通过图 5 ～ 图 9 所示，在 1. 3 m 的高度上，方案 一中硐室中心位置的氧气体积分数在 20. 81% ～ 20. 93% 之间，两侧体积分数在 20. 93% ～ 21. 01% 之间; 方案二中硐室中心位置的氧气体积分数在 18. 20% ～ 19. 25% 之间，两侧体积分数在 19. 25% ～ 19. 50% 之间． 在 1. 8 m 的高度上，方案一中硐室中 心位置的氧气体积分数在 20. 89% ～ 20. 94% 之间， 两侧体积分数在 20. 94% ～ 21. 02% 之间; 方案二中 硐室 中 心 位 置 的 氧 气 体 积 分 数 在 19. 15% ～ 19. 33% 之间，两侧体积分数在 19. 33% ～ 19. 51% 之间; 在高度方向中垂线上，方案一的氧气体积分数 在 20. 90% ～ 20. 96% 之间，方案二的氧气体积分数 在 19. 18% ～ 19. 32% 之间，氧气体积分数都随高度 的增加而增加． 通过以上数据可以得出，硐室两侧 的氧气体积分数高于中心位置，且 1. 8 m 处的氧气 体积分数略高于 1. 3 m 处． 根据以上数据可以得出: 方案一中 1. 3 m 和 1. 8 m 两平面处及中垂线上的氧气体积分数明显高于方 案二，氧气体积分数值跨度较小，分布更加均匀; 方 案二中已局部出现低于 18. 5% 的氧气体积分数点， 不符合《规定》要求，且氧气浓度较低易使人体降低 工作效率，并可导致在头部、肺部和循环系统处出现问 题［12］，因此本文认为方案一的压风管路更优． 基于方案一的压风供氧方式，本文对硐室内人 · 9001 ·