本發(fā)明涉及一種平均風(fēng)速分布位置確定方法，尤其涉及一種礦井巷道斷面平均速度分布位置確定方法。屬于礦井巷道通風(fēng)測量。

背景技術(shù)：

1、隨著礦山深部開采的進行，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)也越發(fā)復(fù)雜。通風(fēng)巷道平均風(fēng)速的測量是井下人員與設(shè)備進行安全作業(yè)的保障。目前礦井巷道風(fēng)速測定方法主要是在線監(jiān)測法，通過將風(fēng)速傳感器垂直懸掛安裝在巷道壁面來進行實時測量，目前礦井中使用的風(fēng)速測量產(chǎn)品主要是根據(jù)超聲波、翼輪和熱線等原理設(shè)計的，使用時都需要進行校正，風(fēng)速測量精度取決于傳感器精度、安裝位置及壁面粗糙度。

2、井下風(fēng)速的傳統(tǒng)人工測量方法中，由于人的主觀性，并且人的身體會影響風(fēng)流分布，因此很難準(zhǔn)確地測量巷道斷面上的平均風(fēng)速，且井下空氣環(huán)境惡劣，在有些巷道內(nèi)，尤其是回風(fēng)巷很難實現(xiàn)人工去測量；而風(fēng)速在線檢測可以避免人工測量難的弊端，減少人力物力的消耗，且測量精度較高。目前礦用風(fēng)速傳感器精度已經(jīng)能夠滿足工業(yè)應(yīng)用的要求，隨著計算機等技術(shù)普及，在線監(jiān)測法已在巷道風(fēng)量測量中占據(jù)主導(dǎo)，但能反映巷道截面平均速度的安裝位置的確定仍是難題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種礦井拱形巷道斷面平均風(fēng)速分布位置確定方法，以解決風(fēng)速傳感器在拱形巷道具體安裝位置難確定的問題，建立高效的礦井巷道風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實現(xiàn)的：

3、一種礦井巷道斷面平均風(fēng)速分布位置確定方法，其特征在于，包括如下技術(shù)：

4、j1、巷道幾何模型建立：通過實測巷道使用3d?max建模并保證模型長度大于等于湍流充分發(fā)展長度；

5、j2、將幾何模型離散化：將模型離散為六面體網(wǎng)格，并保證巷道中心網(wǎng)格稠密，壁面附近網(wǎng)格相對稀疏；

6、j3、設(shè)置邊界條件將模型導(dǎo)入軟件計算：將模型導(dǎo)入ansys?fluent中選擇標(biāo)準(zhǔn)k-epsilon模型和enhanced?wall?functions壁面函數(shù)，設(shè)置入口為速度入口，出口為壓力出口，壁面為無滑移壁面；通過設(shè)置入口流速在模型所屬雷諾數(shù)分區(qū)分別為層流和湍流，得到不同分區(qū)下的流場結(jié)果；

7、j4、將模型尺寸和流速進行無量綱化：通過將模型長寬分別除以實際長寬，速度除以設(shè)置的入口速度；

8、j5、確定平均速度分布環(huán)距巷道頂部和側(cè)壁的無量綱距離：通過ansys?fluent數(shù)據(jù)導(dǎo)出，通過算數(shù)平均方法得到無量綱距離；

9、j6、確定無量綱等速環(huán)圓心坐標(biāo)與半徑：通過模型截面橫截面無量綱速度最大值處的無量綱坐標(biāo)定義為圓心坐標(biāo)，通過最小二乘法將巷道四角等速環(huán)散點擬合成圓得到無量綱半徑；

10、j7、在應(yīng)用時，粗測巷道實際風(fēng)速確定雷諾數(shù)分區(qū)：通過熱線風(fēng)速儀等風(fēng)速測量設(shè)備，粗測巷道截面風(fēng)速，以2100為界確定流態(tài)歸屬；

11、j8、計算出巷道截面平均速度分布環(huán)距巷道頂部和側(cè)壁的實際距離：通過j5得到的無量綱距離，反算出實際的距離；

12、j9、確定等速環(huán)實際圓心坐標(biāo)和實際半徑：通過j6確定的無量綱等速環(huán)圓心坐標(biāo)與半徑，反算出實際圓心坐標(biāo)和實際半徑；

13、j10、安裝風(fēng)速傳感器：通過j8反算出實際的距離和j9反算出實際圓心坐標(biāo)和實際半徑，自定義安裝在巷道頂部、側(cè)壁或四角處；

14、一種礦井巷道斷面平均風(fēng)速分布位置確定方法，其特征還在于包括如下步驟：

15、s1、以雷諾數(shù)值2100為分界，定義小于2100為層流，大于2100為湍流；

16、s2、根據(jù)待研究巷道實際情況使用3d?max建模軟件建立巷道幾何模型并確保模型長度大于等于湍流充分發(fā)展長度；

17、s3、基于有限體積法將步驟s2生成的幾何模型離散為六面體網(wǎng)格；幾何中心網(wǎng)格加密，壁面附近網(wǎng)格相對稀疏；

18、s4、將步驟s3離散化的幾何模型導(dǎo)入anasys?fluent中，設(shè)定計算域邊界條件；湍流模型設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)k-epsilon模型，壁面函數(shù)選擇enhanced?wall?functions，入口為速度入口，出口為壓力出口，壁面為無滑移壁面；

19、s5、重復(fù)步驟s4，在s1所述分區(qū)分別進行多組數(shù)值實驗；

20、s6、根據(jù)步驟s4和s5的數(shù)值計算結(jié)果分析在s1所述不同分區(qū)在湍流充分發(fā)展處下平均速度分布位置規(guī)律；分析過程首先將幾何模型截面尺寸依據(jù)長寬分別無量綱化，將數(shù)值模擬得到的流速也分別無量綱化；

21、s7、根據(jù)步驟s6的結(jié)果，分別得到s1所述分區(qū)下平均速度分布環(huán)距離巷道頂部和側(cè)壁的無量綱距離h(-)和d(-)；

22、s8、根據(jù)s6的結(jié)果，分別確定s2模型截面橫向縱向無量綱速度最大處的無量綱坐標(biāo)，該坐標(biāo)即為無量綱等速環(huán)圓心坐標(biāo)(a,b)；

23、s9、根據(jù)步驟s6和s8的結(jié)果，將巷道四角的等速環(huán)散點的無量綱坐標(biāo)使用最小二乘法擬合成圓,得到無量綱半徑r(-)；

24、s10、在現(xiàn)場應(yīng)用時，粗測巷道風(fēng)速大小，計算并確定s1所述雷諾數(shù)分區(qū)；

25、s11、根據(jù)s7結(jié)果，反算出實際距離d,h；

26、s12、根據(jù)s8和s9結(jié)果，確定實際圓心坐標(biāo)(a,b)和實際半徑r；

27、s13、在等速環(huán)分布位置自定義安裝風(fēng)速傳感器。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點是顯而易見的，主要表現(xiàn)在：

29、1、將風(fēng)速與常見的拱形巷道尺寸無量綱化，所得結(jié)論更具普適性；

30、2、得到了層流與湍流兩種流態(tài)下的拱頂與巷道側(cè)壁距等速環(huán)的無量綱距離，和湍流流態(tài)下等速環(huán)無量綱圓心坐標(biāo)及根據(jù)巷道四角擬合而成的無量綱圓的方程，為現(xiàn)場巷道風(fēng)速傳感器安裝提供了實驗依據(jù)；

31、3、考慮了真實的巷道壁面(比如不同支護方式對無量綱等速環(huán))的影響。

技術(shù)特征：

1.一種礦井巷道斷面平均風(fēng)速分布位置確定方法，其特征在于，包括如下技術(shù)：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種礦井巷道斷面平均風(fēng)速分布位置確定方法，包括：3D?MAX幾何建模，模型網(wǎng)格劃分，ANSYS?Fluent邊界條件設(shè)置與仿真模擬，幾何與流場數(shù)據(jù)無量綱化，確定壁面距等速環(huán)分布位置的無量綱距離及等速環(huán)近似圓方程。本發(fā)明將風(fēng)速與常見的拱形巷道尺寸無量綱化所得結(jié)論更具普適性，得到了層流與湍流兩種流態(tài)下的拱頂與巷道側(cè)壁距等速環(huán)的無量綱距離和湍流流態(tài)下等速環(huán)無量綱圓心坐標(biāo)及根據(jù)巷道四角擬合而成的無量綱圓的方程，為現(xiàn)場巷道風(fēng)速傳感器安裝提供了實驗依據(jù)。采用上述適用于不同尺寸拱形巷道不同風(fēng)速流態(tài)下的風(fēng)速傳感器安裝位置的確定方法，有助于建立高效的礦井巷道風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)，在礦井通風(fēng)巷道風(fēng)量精確測量與安全生產(chǎn)中具有重要實踐意義。

技術(shù)研發(fā)人員：趙強,賈宗承,崔寶玉,趙研,夏禹,劉文寶,趙思凱
受保護的技術(shù)使用者：東北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6