淺析數值模擬軟件Fluent在煤礦瓦斯爆炸中的作用

何麒麟

摘要：指出了過去對于煤礦瓦斯爆炸問題的討論大都是利用理論經驗進行分析，缺少了更加直觀的分析。基于數值模擬Fluent，初步探討了數值模擬軟件在煤礦瓦斯爆炸中的作用。

關鍵詞：煤礦；瓦斯爆炸；數值模擬

1引言

我國擁有豐富的煤炭存儲量，煤炭資源依然是驅動我國經濟發展不可或缺的資源，同時，每年我國的煤礦數量依然在不斷增加。煤礦中因為存在有大量的瓦斯、煤塵，在礦井通風條件不利的情況下，是造成煤礦爆炸事故的極度危險因子，嚴重威脅著煤礦工作人員的生命安全。近年來，我國每年都會發生多起煤礦瓦斯爆炸事故，據不完全統計，每年全國都有5000人左右在煤礦瓦斯爆炸事故中喪生，因為煤礦瓦斯爆炸事故所造成的直接經濟損失約為10億元人民幣，這都警示著我們，減少煤礦瓦斯爆炸事故的發生是非常有必要的[1]。本文以數值模擬軟件Fluent為出發點，探討了數值模擬軟件在我國煤礦瓦斯爆炸中的作用，以期能夠減少我國煤礦瓦斯爆炸事故的發生。

2數值模擬軟件Fluent

Fluent是隸屬于CFD的一種商業軟件，它是基于計算機技術而發展起來的計算流體力學，可以模擬多種復雜的流體流動。在以前，理論分析方法僅限于使用公式推導，并不能很直觀的得到流體的運動狀態[2]。Fluent則彌補了這一方面的缺陷，可以比較準確的得到流體運動狀態。Fluent采用基于完全非結構化網格的有限體積法，而且具有基于網格節點和網格單元的梯度算法，這樣就使得Fluent在轉換與湍流、傳熱與相變、化學反應與燃燒、多相流等方面有著廣泛的應用。在進行數值模擬中，通過建立物理模型，設定穩定的控制方程，確立材料的物理特性，設置準確的邊界條件，輸入確切的松弛因子，最終通過迭代計算得到結果[3]。在煤礦瓦斯爆炸中存在傳熱、燃燒、流體流動、壓力變化等多種復雜過程，采用Fluent進行數值模擬無疑是非常適合的。

3礦井危險等級評估

礦井中的災害系統是由人、機器和自然環境構成的復雜空間系統，根據最新科學研究成果表明，只有通過預先對該災害系統進行有效的危險等級評估，得到可能會發生的事故后果，采取著實有效的預防措施，才能在很大程度上保證礦井生產工作的安全進行。在以往，通常是利用理論方法來進行分析，但是實際的經驗表明，僅僅是依靠以往的理論方法進行分析，很難得到比較精確的評價。通過數值模擬，能夠得到比較精確的煤礦瓦斯爆炸的危險等級，從而大大提高礦井生產的安全性。利用Fluent進行礦井危險等級評估主要有以下步驟通過對礦井危險等級進行評估，可以知道礦井是否應該加強管理和制定相應的應急措施。同時，通過對礦井瓦斯濃度的模擬結果的分析，能夠提前對礦井通風系統進行改善，降低高瓦斯濃度區域的危險性，對于保障礦井進行安全生產具有實際的意義。

4礦井瓦斯爆炸模擬

在礦井發生瓦斯爆炸事故后，及時的排查出導致事故發生的原因是非常有必要的，這對于加強以后礦井的管理具有積極作用。但在實際工作中，因為導致爆炸的誘因非常多，使得我們很難非常精準的分析出瓦斯爆炸的實際原因。利用Fluent對瓦斯爆炸事故進行模擬驗證，可以得到更加精確的結果。

經過對爆炸現場的排查，能夠初步分析得到爆炸原因。結合礦井施工圖紙以及現場實際測量結果，通過Fluent前期處理軟件Gambit建立礦井物理模型，在Fluent中采用三維計算，輸入初始瓦斯濃度、初始壓力

和瓦斯物性，能夠得到礦井內壓力等值線圖、溫度分布場和瓦斯爆炸速度值分布圖。對數值模擬結果和初步分析所得到的爆炸原因進行雙向分析，我們可以得到比較精確的爆炸原因。在之后的生產過程中就能夠針對所得到的爆炸原因進行生產管理，減少事故的發生幾率。

5結語

計算機技術的發展從根本上改變了以往對于礦井瓦斯爆炸的分析方法。本文探討了數值模擬軟件Fluent在煤礦危險等級評估和礦井瓦斯爆炸模擬中的作用，初步認定了利用數值模擬軟件對礦井瓦斯爆炸進行預防和原因排查是可行的。隨著科技的不斷進步，會有越來越多的數值模擬軟件運用到礦井瓦斯爆炸模擬中，我們應該積極學習先進的模擬軟件，努力提高煤礦的安全等級，以期能在最大程度上保證煤礦的安全生產。

參考文獻：

[1] 劉明舉，趙文武，魏建平，等2006年我國煤礦瓦斯突出事故統計分析及防范措施[J]煤炭技術，2008，27（11）：79～81

[2] 李進良，李晨曦，胡仁喜精通FLUENT63流場分析[M]北京：化學工業出版社，2010

[3] 隋洪濤，李鵬飛，馬世虎，等精通CFD動網格工程仿真與實戰案例[M]北京：人民郵電出版社，2013

[4] 王應時，范維澄，周力行，等燃燒過程數值計算[M]北京：科學出版社，1986

[5] 張洪素，陳宏業基于Fluent的礦井瓦斯爆炸危險等級評估[J]能源技術與管理，2010（5）：23～25

[6] 高爾新，丁晨曦，韓書亮，等某煤礦瓦斯爆炸流暢參數分析[J]爆破，2013，30（1）：5～7endprint

摘要：指出了過去對于煤礦瓦斯爆炸問題的討論大都是利用理論經驗進行分析，缺少了更加直觀的分析。基于數值模擬Fluent，初步探討了數值模擬軟件在煤礦瓦斯爆炸中的作用。

關鍵詞：煤礦；瓦斯爆炸；數值模擬

1引言

我國擁有豐富的煤炭存儲量，煤炭資源依然是驅動我國經濟發展不可或缺的資源，同時，每年我國的煤礦數量依然在不斷增加。煤礦中因為存在有大量的瓦斯、煤塵，在礦井通風條件不利的情況下，是造成煤礦爆炸事故的極度危險因子，嚴重威脅著煤礦工作人員的生命安全。近年來，我國每年都會發生多起煤礦瓦斯爆炸事故，據不完全統計，每年全國都有5000人左右在煤礦瓦斯爆炸事故中喪生，因為煤礦瓦斯爆炸事故所造成的直接經濟損失約為10億元人民幣，這都警示著我們，減少煤礦瓦斯爆炸事故的發生是非常有必要的[1]。本文以數值模擬軟件Fluent為出發點，探討了數值模擬軟件在我國煤礦瓦斯爆炸中的作用，以期能夠減少我國煤礦瓦斯爆炸事故的發生。

2數值模擬軟件Fluent

Fluent是隸屬于CFD的一種商業軟件，它是基于計算機技術而發展起來的計算流體力學，可以模擬多種復雜的流體流動。在以前，理論分析方法僅限于使用公式推導，并不能很直觀的得到流體的運動狀態[2]。Fluent則彌補了這一方面的缺陷，可以比較準確的得到流體運動狀態。Fluent采用基于完全非結構化網格的有限體積法，而且具有基于網格節點和網格單元的梯度算法，這樣就使得Fluent在轉換與湍流、傳熱與相變、化學反應與燃燒、多相流等方面有著廣泛的應用。在進行數值模擬中，通過建立物理模型，設定穩定的控制方程，確立材料的物理特性，設置準確的邊界條件，輸入確切的松弛因子，最終通過迭代計算得到結果[3]。在煤礦瓦斯爆炸中存在傳熱、燃燒、流體流動、壓力變化等多種復雜過程，采用Fluent進行數值模擬無疑是非常適合的。

3礦井危險等級評估

礦井中的災害系統是由人、機器和自然環境構成的復雜空間系統，根據最新科學研究成果表明，只有通過預先對該災害系統進行有效的危險等級評估，得到可能會發生的事故后果，采取著實有效的預防措施，才能在很大程度上保證礦井生產工作的安全進行。在以往，通常是利用理論方法來進行分析，但是實際的經驗表明，僅僅是依靠以往的理論方法進行分析，很難得到比較精確的評價。通過數值模擬，能夠得到比較精確的煤礦瓦斯爆炸的危險等級，從而大大提高礦井生產的安全性。利用Fluent進行礦井危險等級評估主要有以下步驟通過對礦井危險等級進行評估，可以知道礦井是否應該加強管理和制定相應的應急措施。同時，通過對礦井瓦斯濃度的模擬結果的分析，能夠提前對礦井通風系統進行改善，降低高瓦斯濃度區域的危險性，對于保障礦井進行安全生產具有實際的意義。

4礦井瓦斯爆炸模擬

在礦井發生瓦斯爆炸事故后，及時的排查出導致事故發生的原因是非常有必要的，這對于加強以后礦井的管理具有積極作用。但在實際工作中，因為導致爆炸的誘因非常多，使得我們很難非常精準的分析出瓦斯爆炸的實際原因。利用Fluent對瓦斯爆炸事故進行模擬驗證，可以得到更加精確的結果。

經過對爆炸現場的排查，能夠初步分析得到爆炸原因。結合礦井施工圖紙以及現場實際測量結果，通過Fluent前期處理軟件Gambit建立礦井物理模型，在Fluent中采用三維計算，輸入初始瓦斯濃度、初始壓力

和瓦斯物性，能夠得到礦井內壓力等值線圖、溫度分布場和瓦斯爆炸速度值分布圖。對數值模擬結果和初步分析所得到的爆炸原因進行雙向分析，我們可以得到比較精確的爆炸原因。在之后的生產過程中就能夠針對所得到的爆炸原因進行生產管理，減少事故的發生幾率。

5結語

計算機技術的發展從根本上改變了以往對于礦井瓦斯爆炸的分析方法。本文探討了數值模擬軟件Fluent在煤礦危險等級評估和礦井瓦斯爆炸模擬中的作用，初步認定了利用數值模擬軟件對礦井瓦斯爆炸進行預防和原因排查是可行的。隨著科技的不斷進步，會有越來越多的數值模擬軟件運用到礦井瓦斯爆炸模擬中，我們應該積極學習先進的模擬軟件，努力提高煤礦的安全等級，以期能在最大程度上保證煤礦的安全生產。

參考文獻：

[1] 劉明舉，趙文武，魏建平，等2006年我國煤礦瓦斯突出事故統計分析及防范措施[J]煤炭技術，2008，27（11）：79～81

[2] 李進良，李晨曦，胡仁喜精通FLUENT63流場分析[M]北京：化學工業出版社，2010

[3] 隋洪濤，李鵬飛，馬世虎，等精通CFD動網格工程仿真與實戰案例[M]北京：人民郵電出版社，2013

[4] 王應時，范維澄，周力行，等燃燒過程數值計算[M]北京：科學出版社，1986

[5] 張洪素，陳宏業基于Fluent的礦井瓦斯爆炸危險等級評估[J]能源技術與管理，2010（5）：23～25

[6] 高爾新，丁晨曦，韓書亮，等某煤礦瓦斯爆炸流暢參數分析[J]爆破，2013，30（1）：5～7endprint

摘要：指出了過去對于煤礦瓦斯爆炸問題的討論大都是利用理論經驗進行分析，缺少了更加直觀的分析。基于數值模擬Fluent，初步探討了數值模擬軟件在煤礦瓦斯爆炸中的作用。

關鍵詞：煤礦；瓦斯爆炸；數值模擬

1引言

我國擁有豐富的煤炭存儲量，煤炭資源依然是驅動我國經濟發展不可或缺的資源，同時，每年我國的煤礦數量依然在不斷增加。煤礦中因為存在有大量的瓦斯、煤塵，在礦井通風條件不利的情況下，是造成煤礦爆炸事故的極度危險因子，嚴重威脅著煤礦工作人員的生命安全。近年來，我國每年都會發生多起煤礦瓦斯爆炸事故，據不完全統計，每年全國都有5000人左右在煤礦瓦斯爆炸事故中喪生，因為煤礦瓦斯爆炸事故所造成的直接經濟損失約為10億元人民幣，這都警示著我們，減少煤礦瓦斯爆炸事故的發生是非常有必要的[1]。本文以數值模擬軟件Fluent為出發點，探討了數值模擬軟件在我國煤礦瓦斯爆炸中的作用，以期能夠減少我國煤礦瓦斯爆炸事故的發生。

2數值模擬軟件Fluent

Fluent是隸屬于CFD的一種商業軟件，它是基于計算機技術而發展起來的計算流體力學，可以模擬多種復雜的流體流動。在以前，理論分析方法僅限于使用公式推導，并不能很直觀的得到流體的運動狀態[2]。Fluent則彌補了這一方面的缺陷，可以比較準確的得到流體運動狀態。Fluent采用基于完全非結構化網格的有限體積法，而且具有基于網格節點和網格單元的梯度算法，這樣就使得Fluent在轉換與湍流、傳熱與相變、化學反應與燃燒、多相流等方面有著廣泛的應用。在進行數值模擬中，通過建立物理模型，設定穩定的控制方程，確立材料的物理特性，設置準確的邊界條件，輸入確切的松弛因子，最終通過迭代計算得到結果[3]。在煤礦瓦斯爆炸中存在傳熱、燃燒、流體流動、壓力變化等多種復雜過程，采用Fluent進行數值模擬無疑是非常適合的。

3礦井危險等級評估

礦井中的災害系統是由人、機器和自然環境構成的復雜空間系統，根據最新科學研究成果表明，只有通過預先對該災害系統進行有效的危險等級評估，得到可能會發生的事故后果，采取著實有效的預防措施，才能在很大程度上保證礦井生產工作的安全進行。在以往，通常是利用理論方法來進行分析，但是實際的經驗表明，僅僅是依靠以往的理論方法進行分析，很難得到比較精確的評價。通過數值模擬，能夠得到比較精確的煤礦瓦斯爆炸的危險等級，從而大大提高礦井生產的安全性。利用Fluent進行礦井危險等級評估主要有以下步驟通過對礦井危險等級進行評估，可以知道礦井是否應該加強管理和制定相應的應急措施。同時，通過對礦井瓦斯濃度的模擬結果的分析，能夠提前對礦井通風系統進行改善，降低高瓦斯濃度區域的危險性，對于保障礦井進行安全生產具有實際的意義。

4礦井瓦斯爆炸模擬

在礦井發生瓦斯爆炸事故后，及時的排查出導致事故發生的原因是非常有必要的，這對于加強以后礦井的管理具有積極作用。但在實際工作中，因為導致爆炸的誘因非常多，使得我們很難非常精準的分析出瓦斯爆炸的實際原因。利用Fluent對瓦斯爆炸事故進行模擬驗證，可以得到更加精確的結果。

經過對爆炸現場的排查，能夠初步分析得到爆炸原因。結合礦井施工圖紙以及現場實際測量結果，通過Fluent前期處理軟件Gambit建立礦井物理模型，在Fluent中采用三維計算，輸入初始瓦斯濃度、初始壓力

和瓦斯物性，能夠得到礦井內壓力等值線圖、溫度分布場和瓦斯爆炸速度值分布圖。對數值模擬結果和初步分析所得到的爆炸原因進行雙向分析，我們可以得到比較精確的爆炸原因。在之后的生產過程中就能夠針對所得到的爆炸原因進行生產管理，減少事故的發生幾率。

5結語

計算機技術的發展從根本上改變了以往對于礦井瓦斯爆炸的分析方法。本文探討了數值模擬軟件Fluent在煤礦危險等級評估和礦井瓦斯爆炸模擬中的作用，初步認定了利用數值模擬軟件對礦井瓦斯爆炸進行預防和原因排查是可行的。隨著科技的不斷進步，會有越來越多的數值模擬軟件運用到礦井瓦斯爆炸模擬中，我們應該積極學習先進的模擬軟件，努力提高煤礦的安全等級，以期能在最大程度上保證煤礦的安全生產。

參考文獻：

[1] 劉明舉，趙文武，魏建平，等2006年我國煤礦瓦斯突出事故統計分析及防范措施[J]煤炭技術，2008，27（11）：79～81

[2] 李進良，李晨曦，胡仁喜精通FLUENT63流場分析[M]北京：化學工業出版社，2010

[3] 隋洪濤，李鵬飛，馬世虎，等精通CFD動網格工程仿真與實戰案例[M]北京：人民郵電出版社，2013

[4] 王應時，范維澄，周力行，等燃燒過程數值計算[M]北京：科學出版社，1986

[5] 張洪素，陳宏業基于Fluent的礦井瓦斯爆炸危險等級評估[J]能源技術與管理，2010（5）：23～25

[6] 高爾新，丁晨曦，韓書亮，等某煤礦瓦斯爆炸流暢參數分析[J]爆破，2013，30（1）：5～7endprint