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中国安全科学学报 2021年第12期31卷 78-84页

作者：张连会陈世强赵利群王君鲁义湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201 国家能源集团神东煤炭集团柳塔煤矿内蒙古鄂尔多斯017209

为使得采空区气体流动压力损失的计算简捷合理,提出一个新的多孔介质物理模型;根据孔隙率相等和单周期流动原则,切割该多孔介质物理模型,构建出最小流动单元;针对最小流动单元,利用流体动力学微分方程组,量化单位长度压力损失与球体直... 详细信息

为使得采空区气体流动压力损失的计算简捷合理,提出一个新的多孔介质物理模型;根据孔隙率相等和单周期流动原则,切割该多孔介质物理模型,构建出最小流动单元;针对最小流动单元,利用流体动力学微分方程组,量化单位长度压力损失与球体直径、气体密度和初速度之间关系,得到简化的一维最小流动单元压力损失计算式;在采空区流场试验平台上验证该计算公式,针对4个入口断面,分别完成26个初速度值与压力损失的实测,且随着断面风速的增加,实测压力损失也增加,且实测压力损失与计算压力损失的比值先减小后趋于稳定,该比值定义为修正系数,进而得到修正系数平均值。结果表明:基于最小流动单元推导出简化的一维压力损失计算式;进一步用修正系数修正一维最小流动单元压力损失计算式,得到拟三维的压力损失计算式,从而实现采空区气体流动压力损失的简捷计算。

关键词：采空区最小流动单元压力损失计算孔隙率断面风速

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最小流动单元中的标量输运

最小流动单元中的标量输运

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第十一届全国流体力学学术会议

作者：许春晓张博远清华大学航天航空学院

以往研究表明,最小流动单元作为全尺寸湍流场的降阶模型,可以给出全尺寸湍流场的近壁区小尺度湍流脉动。本文进一步考察了展向最小流动单元和流向最小流动单元中被动标量的输运过程。在展向最小流动单元中,由于展向计算域的限制,标量的... 详细信息

以往研究表明,最小流动单元作为全尺寸湍流场的降阶模型,可以给出全尺寸湍流场的近壁区小尺度湍流脉动。本文进一步考察了展向最小流动单元和流向最小流动单元中被动标量的输运过程。在展向最小流动单元中,由于展向计算域的限制,标量的外区大尺度结构被抑制。在去除了外区大尺度结构的影响后,标量在近壁呈现出明显的雷诺数无关性。随着普朗特数的增加,近壁雷诺数效应越弱。在流向最小流动单元中,标量的外区大尺度结构增强,且外区大尺度结构对内区湍流的幅值调制效应和叠加效应也增强。随着普朗特数的增加,标量的外区大尺度结构变弱,其对内区湍流的幅值调制效应和叠加效应也变弱。

关键词：被动标量最小流动单元

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基于最小流动单元数值模拟的近壁湍流预测和应用

基于最小流动单元数值模拟的近壁湍流预测和应用

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第九届全国流体力学学术会议

作者：尹光黄伟希许春晓清华大学航天航空学院工程力学系

本文对最小尺寸槽道湍流进行了直接数值模拟,计算的摩擦雷诺数为1000,2000和4000。结果显示,在近壁区(),较小计算域内平均流剖面和全尺寸槽道内平均流剖面相符合,速度脉动能量和全尺寸槽道中尺度小于最小槽道尺寸的脉动能量相一致。并且... 详细信息

本文对最小尺寸槽道湍流进行了直接数值模拟,计算的摩擦雷诺数为1000,2000和4000。结果显示,在近壁区(),较小计算域内平均流剖面和全尺寸槽道内平均流剖面相符合,速度脉动能量和全尺寸槽道中尺度小于最小槽道尺寸的脉动能量相一致。并且,不同雷诺数最小槽道湍流脉动统计量用壁面粘性速度尺度无量纲化后呈现雷诺数无关性。所有这些结果显示,最小流动单元内的近壁湍流可以很好地反映全尺寸槽道的近壁湍流的普适特性。进一步利用最小流动单元中提取出的流向脉动信号,结合近壁湍流预测模型,对近壁区湍流进行预测,结果显示,该预测模型可以很好地再现湍流的统计特性。预测信号被进一步用于构造湍流数值模拟的离面边界条件。

关键词：近壁湍流最小流动单元高雷诺数近壁预测模型离面边界条件

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采空区气体流动:Forchheimer模型改进与压力损失预测

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煤炭学报 2020年第S1期45卷 361-366页

作者：陈世强张连会姜文李轶群湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 湖南省矿山通风与除尘装备工程技术研究中心湖南湘潭411201

为了解决结构复杂采空区的流动阻力计算问题,提出了一种新的多孔介质物理模型。该物理模型为2×2×2大球径正方体、8个大径球、1个小径球、6个小径半球及其空腔而围成的立体结构。根据孔隙率相等和单周期流动的原则,切割该多孔介质物理... 详细信息

为了解决结构复杂采空区的流动阻力计算问题,提出了一种新的多孔介质物理模型。该物理模型为2×2×2大球径正方体、8个大径球、1个小径球、6个小径半球及其空腔而围成的立体结构。根据孔隙率相等和单周期流动的原则,切割该多孔介质物理模型而构建出最小流动单元。基于平均速度的假设,应用流体力学Navier-Stokes方程组,简化最小流动单元流场为一维流动,推导出最小流动单元内平均速度与惯性力、黏性力和压力梯度的4段函数表达式。采用长度比权重方法,得到了最小流动单元压力损失的计算式,建立起了单位长度压力损失与球体直径、气体流入初速度和气体密度之间量化关系。借助最普通的数值工具,预测了球体直径为15 mm工况下的压力损失值,数值计算表明:随着温度的增加,氮气密度减少,动力黏度增加,压力损失降低;随着初速度的增加,压力损失加速增加,惯性力引起的压力损失比重变大。进一步,依据现有的工程数据,利用压力损失计算方程,校验了预设防灭火控制半径,反演出了所注入氮气的初速度。所得计算结果与工程应用对比表明,采空区气体流动的压力损失满足平均速度二次关系式,并改进了Forchheimer模型,可准确预测氮气注入采空区所需表压,为防治采空区遗煤自燃提供新的方法。

关键词：煤矿采空区最小流动单元平均速度压损计算 Forchheimer模型

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采空区气体流动压损计算模型与实验

采空区气体流动压损计算模型与实验

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作者：姜文湖南科技大学

学位级别：硕士

本文采取理论推导与实验实测相结合的方法,对采空区防灭火气体流动压力损失规律进行研究。为了解决结构复杂采空区的流动阻力计算问题,本文提出了三种新的多孔介质物理模型。该物理模型为长宽高均为2倍大球径正方体、8个大径球、1个小... 详细信息

本文采取理论推导与实验实测相结合的方法,对采空区防灭火气体流动压力损失规律进行研究。为了解决结构复杂采空区的流动阻力计算问题,本文提出了三种新的多孔介质物理模型。该物理模型为长宽高均为2倍大球径正方体、8个大径球、1个小径球、6个小径半球及其空腔而围成的立体结构。根据孔隙率相等和单周期流动的原则,切割该多孔介质物理模型而构建出最小流动单元。基于平均速度的假设,应用流体力学Navier-Stokes方程组,简化最小流动单元流场为一维流动,推导出最小流动单元内平均速度与惯性力、粘性力和压力梯度的四段函数表达式。在MATLAB上,应用该四段函数表达式,数值计算了气体粘性系数对四阶段压力梯度的影响;采用长度比权重方法,得到了最小流动单元压力损失的计算式。利用排水法,测定出采空区实验台的采空区孔隙率,建立了与模型试验台孔隙率相同的理论模型,为后续实验验证提供了计算模型。通过对采空区流动模型进行推导和采空区实验模型进行实测,得出采空区气体流动压力损失规律,对比分析,结果表明实验与模拟结果基本相一致,论证了计算模型的可靠性。所得计算结果与工程应用对比表明,采空区气体微流动的压力损失满足平均速度二次关系式,并改进了Forchheimer模型。本文提出的多孔介质物理模型及其最小流动单元方程,将为防治采空区遗煤自燃提供新的参考。

关键词：煤矿采空区最小流动单元平均速度压损计算 Forchheimer

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超声速最小槽道流动的直接数值模拟

超声速最小槽道流动的直接数值模拟

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北京力学会第二十四届学术年会

作者：余明许春晓清华大学航天航空学院

本文用直接数值模拟(DNS)方法,对马赫数Ma=3.0,雷诺数Re=4880平面Poiseuille流动的相干结构进行分析。通过逐渐缩小流向和展向计算域,得到了湍流得以维持的最小流动单元(MFU)尺寸和MFU中的湍流统计量,并给出了MFU中相干结构生成和演化... 详细信息

本文用直接数值模拟(DNS)方法,对马赫数Ma=3.0,雷诺数Re=4880平面Poiseuille流动的相干结构进行分析。通过逐渐缩小流向和展向计算域,得到了湍流得以维持的最小流动单元(MFU)尺寸和MFU中的湍流统计量,并给出了MFU中相干结构生成和演化的运动学描述。

关键词：超声速槽道流最小流动单元相干结构

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