Szczegóły publikacji

Opis bibliograficzny

Autorzy (2)

• AGHBranny Marian
• AGHFilipek Wiktor

Słowa kluczowe

Dane bibliometryczne

ID BaDAP	39736
Data dodania do BaDAP	2008-07-17
Tekst źródłowy	URL
Rok publikacji	2008
Typ publikacji	artykuł w czasopiśmie
Otwarty dostęp
Creative Commons
Czasopismo/seria	Archives of Mining Sciences = Archiwum Górnictwa

Abstract

This paper outlines a theoretical method of finding 3D velocity fields and methane and dust concentrations in the air in blind drifts with a force-exhaust overlap ventilation system incorporating a forcing duet with a vortex duet and an auxiliary exhaust duct with the dust separator. The solution is supported by equations and simulation programs utilizing the CFD approach. The air and methane mixture is assumed to be an ideal and compressible gas, its motion is taken to be steady and the whole process is assumed to be isothermal. Fresh air is assumed to be a three-component mixture of nitrogen, oxygen and water vapour. The problem considered in this study is described with continuity equations, Navier-Stokes equations, [...] model equations as well as transport equations of chemical species (components of air-methan mixture). Calculation data are presented in the form of velocity field images, streamlines and mass fractions of CH4. Fig. 2 shows velocity distributions in the selected drift cross-sections in the considered flow region (Fig. I). The air vortex, generated by the vortex duet, moves towards the face head and in the direction of the overlap zone. The actual division of the air stream depends on the ratio of air volume supplied to the overlap zone to that supplied to the face region. The air jet leaving the dust separatpr installation produces in its wake a zone of about 15 m, dominated by recirculation flow. Fig. 4 shows the distribution of mass fractions of methane, assuming that methane should enter via the face region and via the belt-shaped section in the floor, in the central part of the overlap zone. Apart from expected methane concentration levels near the roof (in the face region), there are other methane concentration zones caused by flow obstacles, such as continuous mining machines and forsing duet system here located near the side walls. This is associated with the development of low-intensity airing zones, where methane concentrations are higher. The flow of air-solid particles mixture is governed by the two-phase Euler- Lagrange's model with the gaseous continuous phase and a dispersed phase comprising solid (dust) particles. Apart from solving the equations of mass, momentum and energy conservation for the continuous phase, the model utilizes the trajectories of dispersed phase particles. It is assumed that dust is emitted from the face head surface. Images of several hundred particles' trajectories, originating in the face head section, are shown in Figs 5, 6. Small ratio of air in the overlap zone helps contain the dust cloud in the face region. As the amounts of air in the overlap zone increase, the highly dusted zone enlarges, too. Tables 1 and 2 summarize the dust measurement and calculation data in the selected dńft locations and the length of time that solid particles remain in the face zone. In qualitative terms, simulation data obtained using the Euler-Lagrange's two-phase flow model are consistent with the data quoted in literature and with practical observations A fuli quantitative analysis, however, would require us to find the degree of correspondence between the simulation and experimental data. Calculations are supported by the program FLUENT 6.1.

Streszczenie

W artykule zaprezentowano teoretyczny sposób wyznaczania 3D pól prędkości przepływu, stężeń metanu i pyłu w powietrzu w wyrobisku z kombinowanym systemem wentylacji, składającym się z zasadniczego lutniociągu tłoczącego zakończonego lutnią wirową oraz pomocniczego lutniociągu Ssącego z odpylaczem. Rozwiązywanie oparto o równania i programy symulacyjne stosowane w Numerycznej Mechanice Płynów. Założono, że mieszanina powietrzno-metanowa jest gazem doskonałym i ściśliwym, ruch mieszaniny jest ustalony zaś proces przebiega w warunkach izotermicznych. Przyjęto, że powietrze świeże jest trójskładnikową mieszaniną azotu, tlenu i pary wodnej. Rozważany problem opisany jest układem równań ciągłości, Naviera-Stokesa oraz równań modelu k-e i transportu składników chemicznych (składników mieszaniny powietrzno-metanowej). Rezultaty obliczeń przedstawiono w postaci obrazów pól prędkości, linii prądu oraz rozkładów udziałów masowych [...]. Dla przyjętego obszaru przepływu (rys. I) na rys. 2 przedstawiono rozkłady prędkości w wybranych przekrojach poprzecznych wyrobiska. Wir powietrzny, wytwarzany przez lutnię wirową przemieszcza się zarówno w kierunku czoła przodka jak i w kierunku strefy zazębiania. Ilościowy podział strumienia powietrza zależy od stosunku strumienia objętości powietrza w strefie zazębiania lutniociągów do strumienia objętości powietrza doprowadzonego do przodka. Ze strugą powietrza wypływającą z instalacji odpylającej związana jest strefa o długości około 15 m charakteryzująca się przepływem recyrkulacyjnym. Na rys. 5 przedstawiono rozkłady udziałów masowych metanu przy założeniu. że metan dopływa przez powierzchnię czoła przodka oraz przez pas usytuowany na spągu w środkowej części strefy zazębiania. Oprócz spodziewanych obszarów z przystropowymi nagromadzeniami metanu (w pobliżu przodka) charakterystyczne są również te, które powodowane są obecnością w przepływie przeszkód takich jak kombajn i lutniociąg tłoczący, w przykładzie ułożony na spągu chodnika w niedalekiej odległości od ociosu. Jest to związane z powstaniem stref o małej intensywności przewietrzania a zarazem o podwyższonym stężeniu metanu. Przepływ powietrze-cząstki stałe opisano przy pomocy modelu dwufazowego Eulera-Lagrange'a z gazową fazą ciągłą i złożoną z cząstek stałych (pyłu) fazą rozproszoną. Oprócz rozwiązania układu równań zachowania masy, pędu i energii dla fazy ciągłej w modelu tym wyznacza się trajektorie cząstek fazy rozproszonej. Równanie ruchu, reprezentujące bilans sił działających na cząstkę stałą, zapisane we współrzędnych Lagrange' a ma postać (1) zaś tory cząstek wyznaczane są z równania (2). Przyjęto, że pył emitowany jest z powierzchni czoła przodka. Cząstki stałe mają kształt kulisty o średnicy [...], ich gęstość wynosi 1400 kg/m3 zaś prędkość początkowa 5 m/s. Obraz kilkuset trajektorii cząstek stałych, rozpoczynających się na płaszczyźnie czoła przodka przedstawiono na rys. 5 i 6. Przy małym udziale powietrza w strefie zazębiania obłok pyłu skutecznie utrzymywany jest w strefie przodkowej.

Publikacje, które mogą Cię zainteresować