第8期 杜翠凤等：长压短抽式通风综掘工作面粉尘分布规律的数值模拟 ·959 据平煤十一矿丁5-6-22121综掘巷道的实际情况， 义为位于综掘工作面回风侧一处的组喷射源粉尘 对其内部几何条件进行合理简化后，使用GAMBⅢ 颗粒流数量设为20个，粒径分布符合ROsn- 建立综掘巷道的几何模型，并划分计算网格，如图2 R anm ler吩布. 所示.其中，将综掘工作面巷道的横断面模拟成上 表1计算模型设定 底2.54四下底2.93m高44m的直角梯形：压入 Tab e1 Defining the cakulation model 式风筒直径为08四出风口距工作面14四抽出式 计算模型 模型设定 风筒直径为04四吸风口距工作面5四距地面2四 求解器 非耦合求解法 湍流模型 k-e 能量方程 关闭 离散相模型 打开 表2离散相模型设定 Table 2 Defning the discrete phase malel 高散相模型 模型设定 相间耦合频率/步1 5 计算步数步 20000 时间步长/s 001 阻力特征 球形颗粒 表3喷射源参数设定 Table 3 Defining injection parmeters 喷射源参数 参数设定 喷射源类型 组喷射 颗粒流数量 20 (b) 材质 高挥发性煤 图2综掘巷道的几何模型(3及网格划分( 粒径分布 RosnRam ers吩布 Fg 2 Geome tric model(两d mesh ing(ofte和y mecha 最小颗粒直径m 1.85×10厂6 nized excavation aneway 最大颗粒直径m 100X10厂6 2.3边界条件的设定 分布指数 193 在GAMBⅡ中初步设置该几何模型的边界条件 初始速度(ms1) 0 后，将该模型导入FUT进一步设置求解类型、湍 质量流率川k8s1) 全尘0006 流模型、离散相模型、喷射源参数及边界条件等，如 表4边界条件设定 表1~4所示.其中，由于气固两相流是不可压缩 Table 4 Defning boundary conditions 的，采用非耦合隐式求解法：为了准确描述流场特性 边界条件 参数设定 及粉尘颗粒的运动轨迹，采用离散相模型(discrete 入口边界类型 速度入口 phasemode)在拉格朗日坐标下模拟流场中的粉尘 入口速度/(m~1) 10 颗粒，采用kε湍流模型求解混合相的动量方程、 水力直径m 08 第2相的体积分数方程以及相对速度的代数表示. 相对湍流强度% 51 离散方法采用有限体积法(fn ite volmemethod.在 出口边界类型 出流 考虑湍流对离散相轨迹的影响时主要考虑颗粒运动 煤壁处离散相条件 捕获 的随机性，选择随机轨迹模型. 煤壁处剪切条件 无滑移 根据煤矿生产特点，粉尘源的位置可以归为三 湍流扩散类型 随机轨迹模型 类：位于巷道断面中央：位于巷道一侧；位于巷道一 侧且发尘面积很小，但是尘源的发尘面积大于巷道 湍流强度为上u元=0.16(R)18.其中，1 断面面积的12.本文在数值模拟中将喷射源定 为湍流强度：口、分别为湍流脉动速度与平均速第 8期 杜翠凤等:长压短抽式通风综掘工作面粉尘分布规律的数值模拟 据平煤十一矿丁 5--6--22121综掘巷道的实际情况, 对其内部几何条件进行合理简化后, 使用 GAMBIT 建立综掘巷道的几何模型, 并划分计算网格, 如图 2 所示.其中, 将综掘工作面巷道的横断面模拟成上 底 2.54 m、下底 2.93 m、高 4.4 m的直角梯形 ;压入 式风筒直径为 0.8 m, 出风口距工作面 14 m;抽出式 风筒直径为 0.4 m, 吸风口距工作面 5 m, 距地面2 m. 图 2 综掘巷道的几何模型 ( a)及网格划分 ( b) Fig.2 Geometricmodel( a) andmeshing( b) ofthefullymecha￾nizedexcavationlaneway 2.3 边界条件的设定 在 GAMBIT中初步设置该几何模型的边界条件 后, 将该模型导入 FLUENT进一步设置求解类型、湍 流模型 、离散相模型 、喷射源参数及边界条件等, 如 表 1 ～ 4所示 .其中, 由于气固两相流是不可压缩 的, 采用非耦合隐式求解法 ;为了准确描述流场特性 及粉尘颗粒的运动轨迹, 采用离散相模型 ( discrete phasemodel)在拉格朗日坐标下模拟流场中的粉尘 颗粒, 采用 k--ε湍流模型求解混合相的动量方程 、 第 2相的体积分数方程以及相对速度的代数表示 . 离散方法采用有限体积法 ( finitevolumemethod), 在 考虑湍流对离散相轨迹的影响时主要考虑颗粒运动 的随机性, 选择随机轨迹模型. 根据煤矿生产特点, 粉尘源的位置可以归为三 类 :位于巷道断面中央 ;位于巷道一侧;位于巷道一 侧且发尘面积很小, 但是尘源的发尘面积大于巷道 断面面积的 1 /2 [ 15] .本文在数值模拟中将喷射源定 义为位于综掘工作面回风侧一处的组喷射源, 粉尘 颗粒 流数 量设为 20 个, 粒 径分 布符 合 Rosin-- Rammler分布 . 表 1 计算模型设定 Table1 Definingthecalculationmodel 计算模型 模型设定 求解器 非耦合求解法 湍流模型 k-ε 能量方程 关闭 离散相模型 打开 表 2 离散相模型设定 Table2 Definingthediscretephasemodel 离散相模型 模型设定 相间耦合频率 /步 1 5 计算步数 /步 20 000 时间步长 /s 0.01 阻力特征 球形颗粒 表 3 喷射源参数设定 Table3 Defininginjectionparameters 喷射源参数 参数设定 喷射源类型 组喷射 颗粒流数量 20 材质 高挥发性煤 粒径分布 Rosin-Rammler分布 最小颗粒直径 /m 1.85×10 -6 最大颗粒直径 /m 100×10 -6 分布指数 1.93 初始速度 /( m·s1 ) 0 质量流率 /( kg·s1 ) 全尘 0.006 表 4 边界条件设定 Table4 Definingboundaryconditions 边界条件 参数设定 入口边界类型 速度入口 入口速度 /(m·s-1 ) 10 水力直径 /m 0.8 相对湍流强度 /% 5.1 出口边界类型 出流 煤壁处离散相条件 捕获 煤壁处剪切条件 无滑移 湍流扩散类型 随机轨迹模型 湍流强度为 I=u′/u=0.16 ( ReH ) -1 /8 .其中, I 为湍流强度;u′、 u分别为湍流脉动速度与平均速 · 959·