Моделирование движения воздуха в рудниках

24 ноя 2015


Рассмотрены аэрогазодинамические процессы при проветривании выработок большого поперечного сечения. Обоснованы математические модели движения воздуха в выработках, имеющих большую площадь поперечного сечения. Показано, что моделирование аэрогазодинамических процессов при проветривании выработок большого поперечного сечения основывается в общем случае на системе уравнений Рейнольдса, описывающей течение вязкого, сжимаемого теплопроводного газа в трехмерной постановке. Моделирование движения воздуха позволит повысить качество проектирования и эксплуатации вентиляционных систем.
 
Моделирование движения воздуха при разработке систем вентиляции рудников становится одним из основных методов анализа качества технических разработок. Моделирование аэрогазодинамических процессов при проветривании выработок большого поперечного сечения основывается в общем случае на системе уравнений Рейнольдса, описывающей течение вязкого, сжимаемого теплопроводного газа в трехмерной постановке. Для замыкания системы уравнений использована полуэмпирическая – модель турбулентности.
Дискретизация уравнений осуществляется методом конечных объемов. Дискретизация расчетной области производится при помощи многоблочных, неортогональных, адаптивных, структурированных сеток. Для описания распределения узлов внутри сеточной подобласти вводится понятие потокового элемента, который по своей сути является конечным элементов и на котором определены функции формы конечного элемента. В трехмерной постановке потоковый элемент состоит из восьми октантов и двадцати четырех поверхностей, содержащих точки интегрирования. 
Следует отметить: фундаментальное преимущество метода конечных объемов означает то, что потоки в точке интегрирования на соприкасающихся поверхностях соседних контрольных объемов равны, т.е. поток, истекающий из одного контрольного объема и втекающий в прилегающий объем, идентичен. Для аппроксимации по времени используется схема Эйлера первого порядка точности. Такая аппроксимация не накладывает жестких ограничений на размер шага по времени. Стандартный подход метода конечных элементов (через функции формы конечного элемента) используется для оценки производных для всех диффузионных членов.
Результаты вычислительных экспериментов показывают, что разработанный алгоритм позволяет очень эффективно воспроизводить картину течения воздуха при различных схемах вентиляции выработок с большой площадью поперечного сечения. Инженерный анализ результатов моделирования и разработка технических средств реализации выбранных схем вентиляции позволит повысить качество проектирования и эксплуатации вентиляционных систем.
 
Качурин Н.М., Левин А.Д., Ефимов В.И., Воробьев С.А.
Статья планируется к публикации в одиннадцатом номере журнала

Журнал входит в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней кандидата и доктора наук, сформированный ВАК Минобрнауки России. Публикуются статьи по следующим отраслям и группам научных специальностей: 01.04.00 — физика; 05.26.00 — безопасность деятельности человека; 02.00.00 — химические науки.

Журнал включен в Российский индекс научного цитирования (РИНЦ) и в международные базы данных: Scopus, Chemical Abstracts Service (CAS), EBSCO Publishing, Ulrich's Periodicals Directory.

подробнее

Федеральные новости

Региональные новости