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发布时间:2023-12-08 06:55:13 阅读: 来源:跳床厂家
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矿井火灾期间的风流状态模拟是一项十分复杂的工作。它要泥浆泵求全面了解矿井系统及井巷围岩 的传热特性、火灾的发生发展规律、火灾期间燃烧生成物在通风络中的传播扩散过程以及 火灾与风流的相互作用过程,并要求能够用数学模型来描述它们,而现今建立的模型基本反 映了实际的风流变化规律,又能在计算机上快速得到结果,满足直观快速的救灾实战要求 。

1967年,英国的Roberts和Clough发表的关于木材支护在井下巷道中的火灾传播规律的论文 中首次提出了根据火灾区流出气体的组份,将火灾传播方式分为富氧火灾(Oxygen-rich fi res)和燃料过剩火灾(Fuel-rich fires)。富氧火灾指的是流出的烟流中氧气浓度超过15 %的火灾;燃料过剩火灾是指流出火灾区的烟流中含有过剩的燃料气体。燃料过剩火灾区可 划分为冷却带、焦炭带、燃烧带、过余燃料带渔业机械和预热带。对富氧火灾来说,由于燃料不会存 在过剩的问题,因此没有过余燃料带。通过能量平衡方程,获得了描述燃料过剩火灾各参数 之间相互关系的方程式。因此这种火灾分类和分带方法,获得了广泛的别的认同。

实际上矿井火灾大多数都是由较小的点火源引起的,再逐渐发展成富氧火灾,并大多停留在 富氧状态。只有在点火源大且持续时间长、风速低、燃料丰富等条件下,才可能发展成为燃 料过剩火灾。随着各种条件的变化,火灾的状态也是变化的,并不总是保持在一种稳定 的状态。

1 火源特性曲线的模拟

在火灾通风模拟时,目前确定火源参数的方法是采用火灾发展特性曲线,即根据相似条件 下发生的火灾事故,进行火灾模拟试验,确定火源温度。用这种方法,可以比较客观地对各 种不同规模、不同发展趋势的火灾的全过程进行模拟。根据大量的燃料燃烧实验资料(包 括皮带、木料、煤炭等)确定多种火源特性曲线,供火灾模拟时使用。当然台球设备,提供的火源 特性曲线与实际情况会有出入,但此模拟的结果仍有重要的参考价值。

图1 木柴、皮带燃料燃烧特性(略)

在火灾发生过程中,火源特性曲线的温度和烟气浓度随时间变化有一共同特点,即开始的上 升阶段,中间的稳定阶段,其后的下降阶段。上升阶段时间较短,斜率较大;稳定阶段达到 最高值,稳定的时间依可燃物的数量及火势大小而定;下降阶段,时间较长,斜率较小。

图1所示为重庆煤科分院在模拟平峒内做的实验燃烧曲线。燃烧实验的条件如下: 燃烧物质:木柴1000kg,皮带204kg(长为24m,每米85kg); 燃烧开始前巷道风速为173m/s。用以模拟木支护巷道内的皮带火灾。 图1上半部的纵坐标为烟气折算浓度C%(CO2和CO之和),图1下半部的纵坐标为火源 温度T(℃)。

2 火灾气体在通风络中传播过程模拟方法

火灾气体(或其它污染物)在矿井通风络中,随着风流的流动而向前传播。并且在随风流 动过程中还伴随着烟流的扩散运动。由于火灾期间矿井通风系统风流状态的不断变化,火灾 烟流的浓度也在不断变化。因此,火灾烟流浓度在通风络中随时间和空间变化的规律极其 复杂。 在进行火灾期间通风模拟时,烟流扩散传播过程的模拟是一个重要3.用户可以通过售后咨询有关技术问题的组成部分,这也是进行 温度分布计算的基础。1982年,美国的格鲁尔(REGreuer)等人最早进行了烟流扩 散的 动态模拟,他们采用的方法是在通风络内定义一系列等烟流浓度的控制体,在一个微小时 间区间内,将所有控制体同时向前移动。具体步骤是:首先将计算时间区间分解为一系列微 小时间区间,在每个时间区间△T内,先计算火源和检查节点浓度变化情况,形成新的 控制 体,然后将各分支中已存在的控制体向前移动,当控制体到达分支末节点后,进行节点浓度 平衡计算,并在后续分支中形成新控制体,当每条分支中的控制体数超过6个时,将前面的 控制体注销,以节省内存。这种方法的局限在于:①微小时间区间△T不易确定,若选得太 小则计算工作量太大,若选得太大则烟流波峰一并显示扭矩/轴力-时间次可能通过不止一个节点,使计算过程复杂 化;②每个分支中都保留6个等浓度控制体,导致内存单元的有效利用率低,一方面没有烟 流通过巷道中的单元空闲,另一方面有烟流流过的巷道中控制体太少,不能完整地记录下巷 道中烟流浓度的变化情况;③每个计算区间还要再分解为许多微小区间进行计算,计算工作 量大;④当与风流温度分布计算结合起来时,计算工作量更大;⑤在每个时间区间△T内, 假设烟流浓度不变,这样才能形成等浓度的控制体。 本文提出了一种新的烟流扩散动态模拟方法。基本思路是:假设在一个较小的时间区间内, 火源的烟流(或其它污染物)浓度是线性(单调)变化的,同时在此时间区间内通风络的 风流状态不变,且不考虑烟流前锋的分子扩散运动,烟流浓度在一个巷道断面上均匀。某一 时刻从火源流出的烟流(称为烟流锋面)在随风流流动过程中,除在风流交汇处不同浓度 混合后浓度发生变化外,其浓度保持不变。

图2财产质押 火源烟流浓度的计算模型(略)

假设在某个时间区间(t0→t


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