Обзор моделей и методов расчета аэрогазодинамических процессов в вентиляционных сетях шахт и рудников

Приведен обзор современного состояния в области моделирования и методов расчета аэрогазодинамических процессов в вентиляционных сетях шахт и рудников. Особое внимание уделяется последним достижениям вычислительной гидродинамики (CFD). Описаны принципы вычислительной гидрогазодинамики, а также основные процедуры CFD-моделирования для получения качественных моделей: достижение сеточной сходимости, достижение независимости решения от выбора шага по времени, а также верификация CFD-моделей. Представлены наиболее часто применяющиеся в задачах рудничной вентиляции модели турбулентности и области их применимости. Приведен обзор исследований и разработок с применением CFD-моделирования в шахтной и рудничной вентиляции. Основными направлениями исследований с использованием CFD в рудничной вентиляции являются: вентиляционные потоки в тупиковых горных выработках и способы их вентиляции, динамика газов в выработанном пространстве и зонах обрушения, шахтные пожары, самонагревание угля и эндогенные пожары, динамика и контроль метана и пыли. Актуальность исследований обусловлена тем, что объем физических экспериментов может быть значительно сокращен с использованием CFD-методов, поскольку вычислительные затраты на CFD-моделирование снижаются в результате увеличения мощностей компьютеров и детализации компьютерных моделей исследуемых физических систем, а стоимость натурных и лабораторных экспериментов, наоборот, увеличивается.

Ключевые слова: рудничная вентиляция, модели турбулентности, аварийный режим вентиляции, вычислительная гидрогазодинамика, газодинамика, CFD моделирование, само- нагревание, эндогенные пожары, пожары в шахтах, контроль пыли, контроль метана.
Как процитировать:

Казаков Б. П., Колесов Е. В., Накаряков Е. В., Исаевич А. Г. Обзор моделей и методов расчета аэрогазодинамических процессов в вентиляционных сетях шахт и рудников // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № 6. – С. 5–33. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_6_0_5.

Благодарности:

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-15-50125.

Номер: 6
Год: 2021
Номера страниц: 5-33
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.4; 004.942; 001.891.57
DOI: 10.25018/0236_1493_2021_6_0_5
Дата поступления: 06.08.2020
Дата получения рецензии: 10.09.2020
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.05.2021
Информация об авторах:

Казаков Борис Петрович1 — д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник,
Колесов Евгений Викторович1 — младший научный сотрудник, e-mail: kolesovev@gmail.com
Накаряков Евгений Вадимович1 — инженер,
Исаевич Алексей Геннадьевич1 — канд. техн. наук, зав. сектором,
1 Горный институт УрО РАН.

 

Контактное лицо:

Колесов Е.В., e-mail: kolesovev@gmail.com.

Список литературы:

2. Снегирев А. Ю. Высокопроизводительные вычисления в технической физике. Численное моделирование турбулентных течений: Учебное пособие. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. — 143 с.

3. Волков К. Н., Емельянов В. Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. — М.: Физматлит, 2008. — 368 с.

10. Колесов Е. В., Накаряков Е. В. Выбор модели турбулентности при моделировании проветривания протяженных тупиковых очистных камер // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2019. — Т. 6. — № 3. — С. 82—89.

17. Лугин И. В., Алферова Е. Л. Теплопотери при движении поезда по подземному тоннелю при различных условиях эксплуатации // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2019. — Т. 6. — № 2. — С. 181—185.

34. Левин Л. Ю., Зайцев А. В., Колесов Е. В., Бутаков С. В. Оценка опасности применения фреоновых холодильных машин в подземных системах кондиционирования воздуха // Безопасность труда в промышленности. — 2017. — № 8. — С. 28—32. DOI:10.24000/04092961-2017-8-28-32.

35. Колесов Е. В., Казаков Б. П. Эффективность проветривания тупиковых подготовительных выработок после взрывных работ // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2020. — Т. 331. — № 7. — С. 15—23.

38. Каледина Н. О. Кобылкин С. С. О выборе способа проветривания тупиковых горных выработок газообильных угольных шахт // Горный журнал. — 2014. — № 12. — С. 99—103.

41. Павлов А. С. Об изменении аэродинамического сопротивления вентиляционной сети шахты при реверсировании воздушного потока // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2019. — Т. 6. — № 2. — С. 207—211.

61. Мальцев С. В., Казаков Б. П., Исаевич А. Г., Семин М. А. Исследование динамики процесса воздухообмена в системе тупиковых и сквозной выработок большого сечения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 2. — С. 46—57. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-2-0-46-57.

88. Кобылкин С. С., Кобылкин А. С. Трехмерное моделирование при проведении инженерных расчетов по тактике горноспасательных работ // Горный журнал. — 2018. — № 5. — С. 82—85.

89. Файнбург Г. З., Исаевич А. Г. Анализ микроциркуляционных потоков между микрозонами в забое тупиковых комбайновых выработок калийных рудников при различных способах проветривания // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 3. — С. 58—73. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-3-0-58-73.

90. Васенин И. М., Шрагер Э. Р., Крайнов А. Ю., Палеев Д. Ю., Лукашов О. Ю., Костеренко В. Н. Математическое моделирование нестационарных процессов вентиляции сети выработок угольной шахты // Компьютерные исследования и моделирование. — 2011. — Т. 3. — № 2. — С. 155—163. 

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.