有热源巷道风流温度分布非稳定模型及数值计算*

李宗翔，刘　宇，刘汉武，林　琳

(1.辽宁工程技术大学 安全科学与工程学院, 辽宁 阜新 123000；2.矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室, 辽宁 阜新 123000 )

0　引言

有热源巷道风流温度分布非稳定计算，是灾变时期(热害或火灾)矿井通风网络温度仿真计算的基础和关键性问题[1-5]。有热源巷道指的是巷道或工作面中设有大功率机电设备(放热)或制冷设备(吸热、负热源)或巷道火灾火源放热等，属于典型流体分支中源的问题[6]。当风流从热源经过，温度发生变化，热源升温，冷源降温。温度在井巷风流中的传播属于有热源的风流对流-扩散-换热非稳定过程。如果是单一条巷道或局部网巷道问题，可运用Fluent软件对3D巷道空间模型进行精度更高的仿真计算[7]，多数火灾的仿真计算是按公式法计算温度[8-9]。有热源且非稳定问题，初始温度不是均匀分布就不能简单套用解析式来计算。更复杂情况，如机电设备开停热源时断时续、火灾燃烧强度不断变化或风流紊乱等，都将形成非稳定-非均匀的温度分布，此时，必须用二阶微分方程来描述，用差分数值方法求解[9-12]。在矿井火灾计算中，火源都是按温度值(1类条件)给出[11-13]。这里讨论有热源巷道非稳定风流温度二阶微分方程及有限元方法求解，解决热源按放热强度(2类热流量条件)给出的热源项处理算法，并将算法组构到网域中，实现对全矿井风流温度分布计算等一系列问题做进一步研究。

1　有热源单一巷道风流温度非稳定基本方程

被加热的风流(或高温烟流)一方面随风流整体移动，另一方面由于温度梯度和风流脉动作用，在风流中逐渐弥散，产生温度传导和扩散，同时热风流又与巷道围岩产生热交换。……