采空区瓦斯运移规律的CFD模拟及其应用(FLUENT课件)
基于Fluent的工作面瓦斯抽采效果数值模拟
基于Fluent的工作面瓦斯抽采效果数值模拟刘永杰【摘要】Gas seriously threats the safety of coal production. Reasonable extraction technology can effectively a- void gas accidents in coal mines. The paper mainly discusses gas extraction effect in bedding drilling and the ap- plication of Flurnt simulation software, which helps to obtain optimal bedding boring layout and extraction flow and provides necessary technical support for collieries with similar working face conditions.%瓦斯严重威胁煤矿的安全生产，合理的抽采技术可以有效地避免煤矿瓦斯事故的发生。
主要研究煤矿顺层钻孔的瓦斯抽采效果，采用Fluent模拟软件，得出最优的顺层钻孔布置方式和抽采流量，为有类似工作面条件的矿井提供必要的技术支持。
【期刊名称】《江西煤炭科技》【年(卷),期】2012(000)004【总页数】3页(P95-97)【关键词】煤矿安全;瓦斯治理;抽采技术【作者】刘永杰【作者单位】山西潞安矿业集团有限责任公司李村煤矿,山西长治048000【正文语种】中文【中图分类】TD712.6瓦斯是威胁矿井安全的主要因素之一。
瓦斯事故造成大量的人员伤亡和财产损失，治理煤矿瓦斯已成为煤矿的主要工作之一，目前治理瓦斯的方法众多，如开采保护层、抽采瓦斯等。
现以顾桥矿11221工作面为例，通过Fluent模拟技术，研究煤矿顺层钻孔不同流量下瓦斯抽采的效果。
采空区瓦斯流动规律CFD数值模拟的误差分析
（ 四川省安全科 学技术研 究院， 四川 成都 ６ ０ １ ） １ ０ ６
要 ］ 以阳泉 三矿 Ｋ８０ ２ ６综放 面 为模 型 ， 用 ＣＦ 数 值模 拟 方 法对 其采 空 区瓦斯流 动及 采 Ｄ 分 布规律 进行 了数值模 拟研 究 。为 了分析 数值 模 拟 结果与 现场 实测 数据 的误 差 ， 建 立 了３ 条考察标准。考察结果表 明， 工作 面瓦斯浓度分布规律与现场实测的是 吻合 的； 回风巷 、 内错尾 巷 、 高抽巷 的 瓦斯 浓度 误 差 分别 为 ６ ５ ． ２ ％， ％、 ９ ％、５ 回风巷 、 ２ 内错 尾巷、 高抽 巷 的风 速 误 差 均 小 于 １ ％； 空 区压 实 区的风 流 流 态 为层 流 ， ０ 采 离层 区风 流 流 态为紊 流 与过 渡流 。 ［ 关键词 ］ 瓦斯流动规律 ； 数值模拟 ； 误差分析 ［ 中图分类号 ］Ｔ １￣ ２ ［ Ｄ７２． 文献标识码 ］Ｂ ［ ５ 文章编号 ］１７ － ４（ １） － ２ － ６２ ９３ ０ １ ３０ ０ ３ ９ ２ ０ ０ ０
所示 。
（） ２ 工作面采用“ ＋ ｕ 尾巷型通风方式 ”高抽 ， 巷抽采采空区和邻近层 瓦斯的条件下各条巷道的 风量及瓦斯浓度值 ， 将数值模拟结果与之对 比， 算 出模拟数值的误差 。 （） ３ 相关 资料表明Ｅ １ ］， － 采空区的离层区内风 ２ 流流态为紊流与过渡流并存 ，压实区内风流流态 为层流。 采空区多孔介质内风流流态用雷诺数 Ｒ ｅ 来 判别 。
量 扩散 。
１ 理论基础
Ｃ Ｄ模拟研究是 为了得到流体流动控 制方 Ｆ 程 的数 值 解 法 ，其 基 础 是 建 立 Ｎ ｖ ｒＳｏｅ 方 ａｉ— ｔｋｓ ｅ 程 ，对质量和动量的守恒方程进行求解 。在研究
示踪气体的CFD模拟分析采空区瓦斯流动规律
23( 5 ) : 466~ 469.
( 责任编辑
张宝优 )
59
工作面采空区瓦斯流动和分布规律的 研究, 能为建立合 理通风方式、采空区瓦斯抽采以及防治自然发火提供可靠的 技术基础。然而采空区气体流动是一个较复杂的过 程, 不同 的采空区其内部气体的运移规律是有差别 的, 即使是相同的 采空区 , 不同的深度其气体的运移特征也是不同的 , 这无疑 增加了采空区流动气体研究的复杂性 [ 1- 2] 。另外 , 由于采空 区内部环境的 复杂 , 人 和仪器 都不 可能进 入其 内部进 行测 量 , 而采用普通的采空区埋管的方式成功率非常低 , 测取的 数据可信度也没有保障 [ 3] 。为 了研究 采空区 瓦斯流动 规律 , 试验采用商业的 CFD 程序 FLUENT 来模拟长壁工作面采空区 气体的流动规律。根据矿井的实际情况, 长壁 工作面的 CFD 模型是通过 FLU ENT 的 G a m bit前处理器进行构建和划分网格 的 , 随之导入解算器进行模拟 [ 4] 。鉴于采空区瓦斯气体的多 样性 , 本文主要介绍了谢桥煤矿 13118 工作面运用 CFD 模型 模拟示踪气体在采空区中的流动及分布规 律, 进而分析出采 空区中瓦斯的流动及分布规律。 图 1 采空区模拟区域示意图 ( m ) 停采线处 标高 为 - 510m。煤 层倾 角平 均 12 , 回风 巷 比机 巷高出 50m。采用单 巷道 进风 , 双巷 道回 风。采 煤方 法为 综采 , 一次采全高。
CFD数值模拟过程ppt课件
技术路线
➢ 建立数学物理模型 ➢ 数值算法求解 ➢ 结果可视化
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CFD数值模拟过程
CFD简介 数值模拟简介 CFD软件介绍 技术路线
进行流场分析、计算、预测的专业软件。通过CFD软件，可以 分析并显示发生在流场中的现象，在比较短的时间内，能预测 性能，并通过改变各种参数，达到最佳设计效果。
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CFD数值模拟过程
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• CFD简介 • 数值模拟简介 • CFD软件简介 • 技术路线
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CFD数值模拟过程
CFD简介 数值模拟简介 CFD软件介绍 技术路线
Computational Fluid Dynamics（计算流体动力学） 计算机技术 + 数值计算技术 流体实验 计算机虚拟实验
基本原理是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流场 在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况。
果的合理解释等重要方面。
发货
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发货
CFD数值模拟过程
CFD简介 数值模拟简介 CFD软件介绍 技术路线
几何造型 网格划分
DesignModeler CFX-Mesh
前处理
CFX-Pre
求解计算
CFX-Solver
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ后处理显示
CFX-Post .
CAD软件 ICEMCFD
tui xj uiuj x P i xijjSui
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CFD数值模拟过程
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Computational Fluid Dynamics（计算流体动力学） 计算机技术 + 数值计算技术 流体实验 计算机虚拟实验
基本原理是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流场 在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况。
基于非稳态采空区瓦斯三维仿真模型的研究与应用
基于非稳态采空区瓦斯三维仿真模型的研究与应用【摘要】本文通过运用流体力学理论，推导出采场气体流动、瓦斯在采场中的动力弥散、边界区域条件三个方程，建立起基于采空区非稳态瓦斯的模型。
在采空区通过埋设束管的方式收集采样参数数据，利用计算机建立的模型对数据进行处理，模拟出采空区三维仿真模型，进而总结出了采空区非稳态瓦斯分布规律。
【关键词】非稳态；采空区；三维仿真瓦斯在采空区流场的作用下，沿大量采动孔隙构成极其复杂的空隙系统运移。
采空区内岩块间的空隙相对整个采空区是较小的，且是连通的。
根据采空区内空隙介质的特征，可采用流体力学理论建立采空区瓦斯运移三维数学模型，进行采空区气体运移的研究。
进而掌握采空区瓦斯分布规律，为治理采空区瓦斯提供科学的理论基础。
1 采空区瓦斯运移三维数学模型方程进入采场的风流绝大部分经过工作面到回风流中，小部分进入采空区，形成采空区漏风风流。
靠近工作面的采空区，由于冒落的岩石还没有压实，孔隙度较大，风流比采空区后部大。
其流动状态应是由工作面湍流向采空区深部层流的过渡状态。
1.1 采场气体流动方程按照渗流力学的方法，将采场视为连续的渗流空间，在孔隙介质空间中可直接运用质量守恒定律和N—S方程，忽略瓦斯引起气体密度的改变和紊流效应，经推导得：1.2瓦斯在采场中的动力弥散方程影响采空区瓦斯运移的主要因素是：对流、机械弥散、分子扩散、煤岩与瓦斯相互作用。
瓦斯在采空区的实际流动和扩散过程为空隙介质中的三维动力弥散过程，即由于机械弥散和分子扩散引起的散布过程。
机械弥散和分子扩散在气体流动中是同时产生、不可分离的。
在不流动的气体中，确实只发生分子扩散。
正是由于分子扩散，才使得完全层流流动中的气体动力弥散现象成为不可逆。
机械弥散和分子扩散会使瓦斯既沿平均流动方向扩展又沿垂直于平均流动方向扩散，前者成为纵向弥散，后者称为横向弥散。
根据质量守恒定律和流体动力弥散定律，瓦斯在采场中的动力弥散方程为：1.3 边界区域条件方程边界条件包括以下内容：所研究区域的几何形状；对瓦斯流动有影响的全部参数和系数；描述所研究系统内瓦斯初始状态的条件；研究系统与周围环境的关系式。
综采工作面风流流动规律的CFD模拟
综采工作面风流流动规律的CFD模拟
张海顺
【期刊名称】《内蒙古煤炭经济》
【年(卷),期】2018(000)023
【摘要】基于FLUENT仿真软件,依据现场情况建立煤矿巷道模型,通过CFD计算流体力学理论对综采工作面的风流流动规律进行分析.数值模拟结果表明,我国综采工作面的风流大体呈现\"两边小、中间大\"的流动规律,并且在采煤机两侧会出现两段风速>3.5m/s的峰值区,对综采工作面的粉尘分布产生关键影响.该数值模拟结果为综采工作面的粉尘防治提供了科学的依据.
【总页数】2页(P41-42)
【作者】张海顺
【作者单位】山东能源集团枣庄矿业(集团)有限责任公司矿山救护大队,山东枣庄277100
【正文语种】中文
【中图分类】F406.3;TD72
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5.采空区瓦斯流动规律CFD数值模拟的误差分析 [J], 凌志迁;卢平;曾晓红;唐小山;杨百顺
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Fluent7.0课件CFD介绍
17.0 Release课件 01: CFD综述ANSYS Fluent介绍课程主题：所有的CFD模拟计算都遵循相同的关键步，本课程将会介绍如何从最初的规划阶段到最终得到分析结果。
学习内容：CFD的基本工作原理。
一个成功的CFD项目包含的步骤。
学习目标：当你开始你自己的CFD项目时，你将会知道每一步需要怎么做，并且能够制定相应的计划。
简介什么是CFDComputational Fluid Dynamics (CFD)是一门预测流体流动，传质传热，化学反应和其相关现象的一门科学。
CFD 通过计算质量守恒、动量守恒和能量守恒等方程，来预测这些现象。
CFD 能够提供流体流动行为的详细信息：•压力、速度和温度等分布•受力，如：升力，阻力等（外部流动、航空航天，汽车）•多相流的分布（气-液，气-固）•组分构成（反应，燃烧，辐射）•更多CFD在各个工程领域中的应用：•新设计的概念研究•详细的产品开发•优化•故障排除•重新设计CFD工作原理ANSYS CFD 是基于有限体积法求解•将计算域离散成一个有限的控制体。
•求解控制体上的质量、动量和能量等广义守恒方程•偏微分方程组离散化为代数方程组•用数值求解法求解所有的代数方程以获得流场域的解。
ControlVolume*Equation fContinuity1X momentum uY momentum vZ momentum wEnergy hUnsteady瞬态项Convection对流项Diffusion扩散项Generation源项第一步. 确定模拟目的•你关心的结果是什么（压力降，质量流率等？•你的模拟有哪些选择？•你可以做哪些假设（对称，周期等）•哪些简化假设你必须使用？•你的分析需要包含哪些物理模型？•需要什么等级的精度？•你需要多快得到结果？•CFD是否是合适的工具？第二步. 确定你的模型域•如何把一个完整的物理系统分割出来•计算域的起始位置在哪里？−这些边界你是否有充分的边界条件的信息？−边界条件类型是否能够适合这些信息？−能否将计算域延伸到拥有合理数据的点？•它是否能够简化或者近似成一个2D或者轴对称问题？Domain of Interest as Part of a Larger System (not modeled )Domain of interest isolated and meshed for CFD simulation.第三步. 创建域的实体模型•你如何获得一个流体域模型−借助外界CAD模型−从固体结构中提取流体域−使用草图创建•你是否能简化几何？−去除使网格变得复杂的不必要的特征？−利用对称性或者周期性？−流动和边界条件是否都具有对称性/周期性？•为了创建边界条件和计算域，是否需要切分模型。
采空区瓦斯运移规律数值模拟
论文题目：采空区瓦斯运移规律数值模拟专业：应用数学硕士生：李书兵（签名）_____________ 指导教师：曹根牛（签名）_____________摘要长期的生产实践证明，矿井瓦斯运移规律预测是瓦斯防治不可缺少的重要技术环节。
矿井瓦斯是煤矿生产过程中主要的不安全因素，瓦斯灾害是威胁我国煤矿安全生产的最主要灾害，所以加强对瓦斯灾害的治理是保障矿井安全、高效生产的必要前提，瓦斯的运移、分布规律对矿井的设计、建设和开采都有重要影响。
随着开采深度和产量的增加，瓦斯潜在的影响更加显著，其模拟结果的正确与否，将直接影响矿井的技术经济指标。
为此，提出了研究矿井“采空区瓦斯运移规律的数值模拟”研究课题。
本文通过对陈家山矿416工作面采空区的长期实验观测，得到了采空区瓦斯分布的数据，首先分析了该采空区瓦斯主要来源于邻近层涌入的瓦斯和本煤层开采涌出的瓦斯，并对影响采空区瓦斯运移的因素进行层次分析法分析，得出漏入采空区的氧气是影响采空区中瓦斯运移最重要的因素，其次运用数学中的迭代方法对采空区中的非线性渗流方程进行改进，划分出该采空区中不同的流态区域，最后在总结目前采空区瓦斯运移特点、运移规律预测及数值模拟的研究的基础上，建立采空区与巷道风流流动场方程的数学模型，运用FLUENT软件进行数值模拟，以图形的方式展示了采空区瓦斯的分布规律，为采空区瓦斯治理及工作面瓦斯治理提供了可靠的理论依据。
关键词：采空区；瓦斯；层次分析法；迭代；数值模拟研究类型：应用研究Subject ：Numerical Simulation of Gas Migration Rule in Goaf Specialty ：Applied MathematicsName ：Li Shubing (Signature) ______________ Instructor ：Cao Genniu (Signature) ______________ABSTRACTThe long-term production proved that the prediction of migration rule of gas in mine prediction is an important and indispensable technology for mine's prevention and control link. mine gas is the main factors of insecurity in the process of coal production, Gas disaster is the major disaster of threat to China's mine safety production.so it is a necessary prerequisite to strengthen the governance of gas disaster for protecting the mine safety and efficient production and it is a significant impact to gas transport and distribution for mine design, construction and mining. With the increase in mining depth and production,gas potential impact will have more significant and the simulation results of the right or wrong, it will directly affect the technical and economic indicators of mine.Toward this end,we made a study of “Numerical Simulation of Gas Migration Rule in Goaf”.This article have goaf gas distribution data through the long-term experimental observations in the Chenjiashan Mine Goaf 416 face.First of all we analysis the gob gas mainly from the adjacent layer of the influx of gas and the coal seam gas emission and use AHP to analysis the factors affecting goaf gas migration，and found oxygen gas in goaf is the most important factor to affect the gas transport Second, we use the iterative method in mathematics to improve the nonlinear flow equations in goaf and carved out the different flow pattern of regional.Finally,we establish Merry mathematical model of flow field equations in the goaf and the roadway based on the study of summarizing the current characteristics of goaf gas migration, migration laws of prediction and numerical simulation. This article use FLUENT software for numerical simulation in order to display goaf gas flow distribution in graphical. Provides a reliable theoretical basis for gas governance and management.Keywords:Goaf Gas Analytic Hierarchy Process Iteration Numerical Simulation Thesis : Application Research1 绪论1.1 选题背景煤炭是我国一次能源的主体，煤炭工业承载着经济发展、社会进步和民族振兴的历史重任，是现代工业的血液，同时煤矿安全工作是全国工业安全工作的重中之重。
第2讲 fluent总体介绍-PPT课件
– 所有的量已达到守恒状态
一个收敛的、网格独立的解 将会提供有效的工程解!
• 收敛解的精确度取决于：
– 所选计算模型的适合度和精确度 – 网格的分辨率和独立性 – 模型
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 December 2006
– 流体与网格基本无关联.
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 December 2006
混合网格实例
• 阀口网格
– 指定的区域可以用不同 的网格类型来划分. – 单独使用四面体或六面 体网格可以使计算效率 和精确度得到提高. – 在GAMBIT和TGRID中 均可使用混合网格生成 工具.
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 December 2006
在电脑上操纵Fluent
• 进入你的工作站
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Directories
– Your FLUENT session will start in c:\users – 指南中的 mesh/case/data 文件 可以按下列路径找到: c:\Student Files\fluent\tut\ – 建议你将文件保存到一个集中的工作文件夹: c:\users – 工作文件夹可以通过桌面快捷方式进入 c:\users
– – – – 新设计方案的研究 产品开发细节 故障解决方案 重新设计
• CFD 分析补充了测试和实验功能
– 简化了实验设计和数据分析中所要求的工作量
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 December 2006
示踪气体的CFD模拟分析采空区瓦斯流动规律
２２ 示踪 气体 的选择 ．
为 Ｃ Ｄ模 拟 选 择 合 适 的 示 踪 气 体 需 要 符 合 以 下 标 准 ： Ｆ
近东 西，倾 向南 ，倾 角 ８ 。～１。 ５ ，平 均 １ 。 ２ ，东西走 向长约
砂质泥岩。该长壁工作 面在开切 眼处 的标高 为 一 ２ ｍ，而 ４０
收 稿 日期 ：２ １ ０ — １ ０ ０— ８ ２
２ ３ 初 始模 拟条件 和参 数 ．
基 金项 目 ： 国家 重 点 基 础研 究 发 展 计 划 ９ ３项 目（ ０ ５ Ｂ ２ ５ ３ ７ ２ ０ Ｃ ２ １０ ）
究 ，文章介 绍 了利 用 Ｃ Ｄ采 空 区气体 流 场模 拟软 件模 拟 分 析 瓦斯 在 采 空 区 中的 流动 规律 ，通过 Ｆ 示踪 气体 的 Ｃ Ｄ模 拟 分析 ，掌握 了 １ １ ８工作 面采 空 区瓦斯 流 动规 律 ，为工作 面建 立合 理 的通 Ｆ ３１
风 方 式 以及 进 行 采 空 区 瓦 斯 抽 采 提 供 了依 据 。
煤
炭
工
程
２１ ０ 第 １期 １年
示 踪 气 体 的 Ｃ Ｄ 模 拟 分 析 采 空 区 Ｆ 瓦 斯 流 动 规 律
郑 竹林
（煤 炭科 学研 究 总 院 重庆 研 究 院 ，重 庆 ４０ ３ ） ０ ０７
摘
要 ：为 了加 强采 空 区瓦斯 的 治理 ，需要对 工作 面后 方采 空 区瓦斯 流动 和分 布规律进 行研
作 者 简 介 ：郑竹 林 （ ９３一） １６ ，男 ， 四川 广 安 人 ，高 级工 程 师 ，现 在 煤 炭 科 学 研 究 总 院重 庆 研 究 院 从 事 煤 矿 安 全 装 备 研 究工作 。
基于fluent 的综采工作面采空区内瓦斯浓度场研究
基于fluent 的综采工作面采空区内瓦斯浓度场研究摘要院本文通过数值模拟采空区内瓦斯浓度场，从理论上确定了瓦斯浓度的分布情况。
进而在对综采工作面瓦斯治理提供了科学的理论依据。
Abstract: Through the numerical simulation of methane concentration field in mined-out area, this paper determined the distribution ofmethane concentration in theoretical aspect. Then the scientific theoretical basis was provided in the methane control of fully mechanizedworking face.关键词院瓦斯；浓度场；数值模拟Key words: methane；concentration field；numerical simulation中图分类号院TD712 文献标识码院A 文章编号院1006-4311（2014）21-0163-021 182403工作面概况井上182403 工作面位于水鱼岗村西北方向，地势北高南低，地表为丘陵地形，地表大部分已被当地居民开垦为农田，跃峰渠流经该处。
井下位于四采区左翼，本采区182408 工作面和182402 工作面已结束，附近无其它采掘情况。
403 工作面煤层厚度为3.01m耀3.19m，平均煤厚3.1m，局部有夹矸，结构简单。
老顶为细砂岩，厚 6.10m；直接顶为砂页岩，厚 3.24m；直接底为砂页岩，厚5.50m；老底为中砂岩，厚4.75m。
2 采空区瓦斯浓度场基础理论为了进行插管抽采设计，需要确定抽采泵的流量，因为它决定着设备选型、管径等参数的计算等。
根据煤矿瓦斯抽采工程设计规范，标准状态下抽采泵的流量与最大的设计瓦斯抽采量以及抽采泵入口处预计的瓦斯浓度等参数有关，目前主要采用类比法根据经验确定这些参数，急需理论上的指导。
基于fluent的采空区瓦斯分布规律研究
摘要近年来随着矿井开采的不断延深，瓦斯梯度也不断增大，进而造成工作面瓦斯涌出量很大，而采空区瓦斯涌出在工作面瓦斯涌出中占有很大的比例，因此只有了解采空区瓦斯的赋存、运移、涌出规律，才能合理地调整采场通风系统，采取行之有效的瓦斯治理措施防止瓦斯集聚。
因此本文以采空区瓦斯、空气混合气体中的瓦斯（CH4）为主要研究对象，通过理论分析的方法较系统分析了综采工作面及其采空区瓦斯运移的基本特征，以及影响采空区瓦斯影响涌出的主要因素，并以此为理论基础建立了采空区瓦斯运移的数值模型。
紧接着以顾桥矿1123(1)工作面为原形在FLUENT软件中搭建模型，通过数值模拟对比分析了仅有漏风和布置有高抽巷情况下的采空区内的瓦斯分布规律，得出高抽巷的抽排作用使得综放面采空区内的高浓度瓦斯向抽采,口运移，同时扩大了工作面漏风向采空区内深入的距离，减少了采空区内瓦斯向工作面的涌出。
最后，根据数值模拟结果结合现场测量数据对1123（1）工作面的瓦斯抽放效果进行分析评价。
通过本文的分析验证数值模拟与现场实测结果基本吻合，由此可推知采用FLUENT进行数值模拟对采空区瓦斯抽采措施的制定具有一定的指导意义。
关键词：采空区；瓦斯渗流；FLUENT软件；数值模拟；瓦斯抽采。
AbstractRecent years,with the increase of the depth of coal seams mined, methane gradient increased in a huge speed, causing a large amount of working face gas emission .And a large proportion of working face gas comes from gas emission of gob. So only if we get a good knowledge of the laws of gas storage, gas movement, gas emission, then we can adjust the ventilation system reasonably and take effective methane control measures to prevent the gas gathering.This dissertation analysis the basic features of fully Mechanized mining face, goaf gas migration rules and the main factors which has the effects on goaf gas emission through theoretical analysis, taking the CH4 constituents in goaf gas-air mixed gas as the research object. And the , on the basis of analysis ,the third chapter 2 established the equations of the gas seepage in gob. The fluid mechanics calculation software FLUENT is used to establish the model of 1123(1) working face of the Guqiao colliery and simulate two different 3D models of gas distribution in gob of fully mechanized mining face between the model with air leakage only and the model with air leakage and high-located gas drainage roadway. The conclusion is high-located gas drainage roadway makes the high-concentration gas in the gob deliver to the drainage port, the distance of the air leakage go deep in the gob is increased too, so the result is the gas emission from the gob to the workface reduced. Finally the chapter 4 makes an evaluation about the effects of the methane control according to the simulated results and the field metrical data.The simulated results are identical with the field metrical data, which is proved by this dissertation. So using FLUENT software to simulate the gas seepage in gob has the fixed guidance meaning to methane control measures.Key words: goaf, methane seepage flow, FLUENT software, numerical simulation, methane extraction.目录第一章绪论 (1)1.1 研究意义 (1)1.2 国内外的研究现状 (3)1.2.1 采空区混合气体流动场研究现状 (3)1.2.2 瓦斯渗流理论的研究历程 (3)1.3 研究思路 (5)1.3.1 研究内容 (5)1.3.2 研究方法 (6)1.3.3 技术路线 (6)第二章综采工作面瓦斯运移理论研究与数值模型 (8)2.1 综采工作面基本特征 (8)2.2 综采面采空区瓦斯来源及涌出影响因素 (9)2.2.1 综采面采空区瓦斯来源 (9)2.2.2 瓦斯涌出量计算 (10)2.2.3 影响采空区瓦斯涌出的基本因素 (12)2.3 采空区瓦斯运移特征 (14)2.3.1 多孔介质的特性 (14)2.3.2 采空区瓦斯的升浮 (16)2.3.3 采空区瓦斯的扩散 (17)2.3.4 采空区瓦斯的聚集 (17)2.4综放面采空区瓦斯运移基本方程 (18)2.4.1 采空区渗流基本方程 (18)2.4.2 扩散运动方程 (21)2.5 控制微分方程的建立 (22)2.5.1 基本假设 (22)2.5.2采空区气体流动方程 (22)2.5.3 采空区瓦斯的动力弥散方程 (23)第三章 FLUENT 软件介绍以及综采面采空区瓦斯运移规律数值模拟 (25)3.1 FLUENT软件介绍 (25)3.1.1 FLUENT软件组成 (25)3.1.2 FLUENT求解 (26)3.2 物理模型的构建与边界条件设定 (27)3.2.1 物理模型的规定和假设 (27)3.2.2 计算模型的建立与网格生成 (27)3.2.3采空区瓦斯运移数值模拟参数及边界条件的设定 (28)3.3 数值模拟结果的分析 (31)3.3.1 只考虑漏风时采空区瓦斯浓度的分布模拟与结果分析 (31)3.3.2设置底抽巷时的瓦斯浓度的分布模拟与结果分析 (37)第四章工程实践 (44)4.1 工作面概况 (44)4.2 1123（1）工作面瓦斯涌出量预测 (44)4.3 1123（1）工作面瓦斯综合治理技术 (45)4.3.1 风排瓦斯 (45)4.3.2 1123（3）底抽巷抽采 (46)4.3.3 采空区埋管抽采 (47)4.3.4 轨运顺顺层钻孔抽采 (48)4.3.5 初期抽采方式 (48)4.4 1123（1）工作面瓦斯治理效果分析 (48)4.4.1 1123（1）工作面风量与风排瓦斯的关系 (48)4.4.2 瓦斯抽采量与抽采率随时间的变化关系 (50)4.4.3 抽采瓦斯量与抽采浓度随工作面推进速度的关系 (55)4.4.4 1123（1）工作面在回采期间生产以及瓦斯综合治理效果 (55)第五章结论与展望 (58)5.1 论文主要结论 (58)5.2 论文后续工作的展望 (59)第一章 绪 论1.1 研究意义我国是世界上的产煤大国，同时是煤矿事故发生大国。
基于FLAC和Fluent数值模拟的煤层瓦斯运移规律研究
Ｓｔｕｄｙｏｎｃｏａｌｓｅａｍ ｇａｓｍｉｇｒａｔｉｏｎｌａｗｂａｓｅｄｏｎＦＬＡＣａｎｄＦｌｕｅｎｔｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ＳｕｎＺｈｅｎｊｕｎ
（ＪｕｊｉＣｏａｌＭｉｎｅ，ＹｏｎｇｃｈｅｎｇＣｏａｌＣｏｍｐａｎｙ，ＨｅｎａｎＥｎｅｒｇｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＧｒｏｕｐ，Ｙｏｎｇｃｈｅｎｇ ４７６６００，Ｃｈｉｎａ）
分析了富集区域和卸压瓦斯运移规律；杨社［２］研究 了大采高综放工作面瓦斯治理技术，分析了生产过 程中监测到的瓦斯涌出规律和沿空小断面留巷技术 对瓦斯的治理措施。
１ 多孔介质瓦斯运移特征
（１）多孔介质的储集性。该特征与孔隙间距密
切相关，主 要 由 孔 隙 的 多 少 来 对 储 集 性 进 行 描 述。 孔隙率的算术表达式［３６］：
第 ４１卷第 １０期 ２０１９年 １０月
能 源 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 环 保
ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ
Ｖｏｌ４１ Ｎｏ１０ Ｏｃｔ． ２０１９
基于 ＦＬＡＣ和 Ｆｌｕｅｎｔ数值模拟的煤层 瓦斯运移规律研究
孙振军
（河南能源化工集团 永煤公司车集煤矿，河南 永城 ４７６６００）
ＳｕｎＺｈｅｎｊｕｎ．ＳｔｕｄｙｏｎｃｏａｌｓｅａｍｇａｓｍｉｇｒａｔｉｏｎｌａｗｂａｓｅｄｏｎＦＬＡＣａｎｄＦｌｕｅｎｔｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏ ｔｅｃｔｉｏｎ，２０１９，４１（１０）：３０３２，３６．
·３０·
２０１９年第 １０期
《fluent教程案例》课件
Fluent软件安装与启动
01
02
总结词：详细描述
总结词：详细描述
Fluent软件界面介绍
总结词：详细描述
总结词：详细描述
Fluent软件基本操作流程
总结词：详细描述
总结词：详细描述
03
案例一：二维流动模拟
案例概述
01
目的
通过模拟二维流动，了解流体 动力学的基本原理和Fluent软
件的应用。
通过三维流动模拟，了解 流体在复杂结构中的流动 特性。
背景
在工程和科学研究中，三 维流动模拟对于理解流体 动力学行为至关重要。
适用领域
广泛应用于流体机械、航 空航天、环境工程等领域 。
案例建模与网格划分
建模工具
采用专业的CAD软件进行 三维建模。
建模过程
根据实际物理模型，建立 三维几何模型。
网格划分
03
迭代过程监控
监控迭代过程，确保收敛稳定 。
04
结果后处理
对模拟结果进行可视化分析， 如速度场、压力场、体积分数 等，并与实验数据进行对比验
证。
06
案例四：传热模拟
案例概述
目的
通过传热模拟，了解流体在加热或冷却过程中的温度分布和传热 过程。
背景
在能源、化工、航空航天等领域，传热模拟对于优化设计、提高能 效和保障安全具有重要意义。
网格生成
根据模型和流动特性，生成适用于多相 流模拟的网格。
网格质量检查
确保网格质量良好，无扭曲、重叠等错 误。
边界条件设置
根据实际情况设置入口、出口、壁面等 边界条件。
案例求解设置与结果分析
01
求解器设置
选择适合多相流模拟的求解器 ，如压力基求解器或密度基求
基于CFD对采空区瓦斯运移规律的数值模拟
基于CFD对采空区瓦斯运移规律的数值模拟
丁香香;范彦明;崔光磊
【期刊名称】《现代矿业》
【年(卷),期】2013(000)012
【摘要】采空区风流运动规律直接影响采空区乃至整个采场的瓦斯分布与涌动.以徐庄煤矿7335工作面为例,运用GAMBIT建立采空区多孔介质模型,流体力学软件FLUENT模拟采空区内流场,揭示了采空区漏风风速、压力的分布以及瓦斯在采空区内的运移规律,对保证煤矿的安全生产,提高矿井的经济效益有重要指导意义.【总页数】4页(P11-14)
【作者】丁香香;范彦明;崔光磊
【作者单位】中国矿业大学安全工程学院;中国矿业大学安全工程学院;中国矿业大学安全工程学院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于CFD采空区瓦斯埋管抽采技术数值模拟研究 [J], 李昂;魏振华;郭柯惊;周洋
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3.W型通风方式下采空区瓦斯运移规律数值模拟研究 [J], 范红伟
4.采空区瓦斯运移规律实验及数值模拟 [J], 罗振敏; 郝苗; 苏彬; 倪行
5.基于FLUENT的采空区瓦斯运移规律数值模拟研究 [J], 罗振敏;王子瑾;苏彬;倪行
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Longwall goaf gas flow patterns
Байду номын сангаас
Goaf gas drainage optimisation – surface goaf holes
Goaf inertisation
Panel seal-off / Open goaf – active longwalls
• Changing permeabilities • Multi-components gases i.e. O2, CH4, CO2 and N2. • Goaf holes and inertisation injection
Longwall Goaf Gas Flow Models
- Base Model Results
9 17 16
13
18
20
19
10
17
16
12 4 12 1 6
TERM INAL BOX
18
20
14
15
5
3
2
Longwall Goaf Gas Flow Models - Fundamentals
Longwall goaf treated as Porous Media, gas flow observes momentum equation as well as continuity equation:
Effect of seals
Longwall Goaf Gas Flow Models - Parametric studies – seam dips
Face start-off line
Face
Face
Goaf
Goaf
MG
MG
Level panel
TG at higher elevation
Longwall Goaf Gas Flow Models
- Model development
• 3D models with > 200,000 cells • Modelling both turbulent (face) and laminar (goaf) flow • UDF sub-routines developed to handle
Plan View (Top) Roof
Surface goaf drainage holes
Hole locations Spacing Suction pressure Hole-bottom elevations Number of holes operating Captured gas compositions
11
17 16
To provide fundamental and scientific understanding of goaf gas flow behaviour and the influence of various factors in complicated 3D longwall goafs To assist goaf gas drainage and management Prevention of heatings/explosions in goafs Optimisation of inertisation operations
Longwall dust controls
Headings Longwall faces
Longwall Goaf Gas Flow Models
- Objectives
TUBE 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Black Gre y W hite C le ar Dk Brown Lt Brown Dk Gre e n Lt Gre e n Dk Blue Lt Blue Re d Pink Purple Ye llow O range Mint Fluro Pink Gold Stone Apricot
NO TE Tube 10,16,17,18,19,20 + 9, 8, 5 to be use d for C SIRO goaf gas monitoring
18 8
20
19
10
Proposed new locations for tubes after longw all face retreat
CFD Modelling for Mine Gas and Heatings Control 采空区瓦斯运移规律的CFD模拟及其应用
Exploration and Mining CSIRO
CFD - What is it?
CFD stands for Computational Fluid Dynamics – it models the dynamics of objects that flow using computers;
- Fundamentals
Fac
eA
Face
B
M in
in g d
ir e c t
io n
Stress distribution
x’
Panel A x
Panel B
Floor level
25m above
40m above
Permeability
3D Stress and Permeability Distribution in longwall Goaf
77 min 3 ppb
180 min 16 ppb
91 min 1200 ppb 3 min 8000 ppb
Tracer gas release
point
24 100 20 16 12 8 4 0 0 200 400 600 800 40 20 0 1000 O2 % CH4 % CO2 % 80 60
假设长壁工作面采空区为多孔介质, 采空区气体运移规律符合质量和动量守恒方程,同时, 采空区气体运移符合质量守 恒定律,即连续性方程:
Momentum Equation
ui ui u j p ij gi Si t x j xi x j
Si 1
Momentum Source Equation
vi C2
vi2
2
Continuity equation:
( i ) Sm t xi
Sm- Source term 采空区瓦斯流入单相连续流体(continuous phase)的涌出量(mass)。
Longwall Goaf Gas Flow Models
Tr
po
CO2 & CH4 %
Oxygen (O2) %
Distance behind longwall face, m
CFD simulation of gas flow
Fully coupled gas-water-strata modelling - COSFLOW
Longwall Goaf Gas Flow Models
- Applications – goaf gas drainage
Longwall return gas concentration levels during field trials
LW return gas level, % 2.5
2.0
Gas flowrate, l/s
Field demonstration studies
TUBE LO C ATIO NS G100 B Se al W e ste rn Mains A hdg Hunte r Tunne l G101 Intake G102 Longwall Re turn Main Re turn At Shaft Surface Tube Bundle Room LW 2 Inbye se als LW 2 Tailgate Intake 101 A 13 ct - LW 2 goaf LW 2 Se als 23 c/t G100 B hdg se ale d goaf LW 1 Se als 12 c/t G104 Re turn G103 Re turn 101 102 102 102 101 A A A A A 17 ct - LW 2 goaf 22ct - LW 2 goaf 21 ct - LW 2 goaf 20 ct - LW 2 goaf 15 ct - LW 2 goaf
CH4 only
Side View Floor Roof
One cut -through open for back -return
Return Longwall face Secondary inle t Primary inlet
80% CO2
Side View Floor
Longwall Goaf Gas Flow Models
3D Modelling of Gas Gas Flow Patterns
O2
CH4
Longwall Goaf Gas Flow Models
- Base Results Validation
151 min 29 ppb
Tracer gas studies Goaf gas distribution – tube bundle data Ventilation pressures in goaf
U ventilation 1600-1800m3/min, goaf gas emission 30m3/min
Face start-off line
Face
Face start-off line