外因火灾通风网络风量风质失效模型与数值解算方法
李伟
刘彦青
张浪
煤科通安(北京)智控科技有限公司,北京 100013;煤炭科学技术研究院有限公司,北京 100013;智能开采与岩层控制全国重点试验室,北京 100013
摘要：为了尽可能复现火灾时期通风网络内风量波动、风流逆转、风温异常、有毒有害气体蔓延、氧气体积分数降低等灾变过程,构建了外因火灾通风网络风质风量失效物理模型,采用时序化分析方法进行了解耦处理.通过风阻、火风压、风流密度关键通风参量计算模型,将基于质量流量守恒的通风网络回路风压平衡方程、通风网络风流-围岩热量交换-传播控制方程、有毒有害气体弥散-扩散控制方程、氧气消耗-运移控制方程进行联立,构建了外因火灾通风网络"风量风向-风温-有毒有害气体体积分数-氧气体积分数"非稳定多场耦合数学模型.采用回路风量牛顿法求解通风网络风量风向变化,采用迎风离散格式的有限差分法求解通风网络内风流传热-传质过程,建立了火灾时期全风网"节点-分支-网络"风量风质失效多物理场耦合解算方法,构建了多物理场间接耦合解算流程,编写了解算程序.通过在角联结构试验巷道内开展外因火灾试验,初步验证了模型的准确性与适用性,在此基础上分别模拟了进风区分支与用风区分支火源位置情况下复杂通风网络内风量变化、风流逆转、风温异常、有毒有害气体蔓延、氧气体积分数波动的动态变化过程.模拟结果表明:火源位置在进风井条件下风量显著变化分支达到通风网络分支总数的 61％,风流逆转分支数量占通风网络分支总数的 11％,风温显著变化分支数量达到通风网络分支总数的 76％,CO侵入分支数量达到通风网络分支总数的 84％,氧气体积分数显著变化分支数量达到通风网络分支总数的 41％,进风井分支发生外因火灾造成的灾害影响范围和影响强度均明显大于其他分支.
关键词：通风网路回路风量法风流质量流量守恒有限差分法传热传质节点元素分支元素
分类号：TD724(矿山安全与劳动保护)
资助基金：中国煤炭科工集团科技创新创业基金资助项目(2021-2-TD-ZD005)煤科院科技发展基金资助项目(2021CX-II-14)
论文发表日期：2025-05-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：17( 196-212 )
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