巷道中车辆不同行进状态下的活塞风效果分析

冯京波

（晋能控股集团，山西 晋中 032600）

引言

由于流体黏性效应，井下承担运输任务的柴油机车和矿车在巷道中运行时，会与周围空气相互摩擦，从而会带动部分气体流动，且巷道内风流流动受限，被挤压的空气一部分沿车辆前方向前流动，一部分从车辆和巷道的间隙流动到后方，形成了活塞风效应。随着井下开采量的增加，矿车等机车在巷道中的活动更加频繁，导致矿井运输过程中的活塞风问题也越来越明显。因此，对活塞风导致速度场和压力场变化的研究也越来越重要。目前主要集中于对车辆运输和井筒提升形成的活塞风进行研究。王从陆等采用移动参考框架对车辆不同运行状态形成的活塞风进行模拟分析[1-2]，王文才、王海桥等分析了矿井提升设备在升降过程中活塞效应的动态阻力分布[3]。

1 矿井巷道活塞风效应计算的数学模型

井下车辆、罐笼等较大的运输设备在巷道或竖井中运动时，产生的活塞风会影响风流流动，使其流场发生变化。采用数值模拟的方法，对巷道中车辆行驶产生的活塞风进行模拟分析。为便于计算分析，根据实际情况对模型做如下假设[4]：

1）风流可视为不可压缩气流，并且忽略流体黏性力做功耗能。

2）壁面假设为绝热壁面，且风流等温。

3）流体的紊流粘性具有同向性，且将紊流黏性系数看作标量。

4）风流流动为稳态紊流，满足Boussinesq 假设。

根据以上假设，巷道内的空气流动一般为紊流流动，对于不可压缩流体，紊流模型采用标准的k-ε 双方程模型。……