采空区气体场模拟实验指导书.docx

《采空区气体场模拟》

实验指导书

河南理工大学二〇一二年七月

采空区气体场模拟

实验类型：创新性实验 实验学时：2

实验要求：限修 实验房间：安全楼113

一、实验目的

本实验的目的主要有3个：（1）学生初步了解并掌握Fluent求解问题的一般过程，主要包括前处理、计算、后处理三个部分。（2）了解采空区内气体浓度场的分布及其影响因素。（3）根据采空区氧气浓度场来确定采空区的自燃氧化带分布，从而对煤矿工作面推进速度提供指导。

二、实验内容

实验内容主要包括：

模拟采空区内的气体浓度场分布。

模拟采空区的自然氧化带分布。

三、仪器设备

计算机每人一台，Fluent计算软件系列一套。

四、所需耗材

本实验为计算机模拟实验，除了电的损耗外，无需其它耗材。

五、实验原理、方法和手段

实验原理在于采用通用的流动方程、组分传输方程，由压力边界条件、浓度边界条件以及采空区内的源项，得到采空区的气体浓度场分布，并根据采空区的氧气浓度场分布从而确定采空区的自燃氧化带分布。实验方法是采用数值模拟中的有限容积法。实验手段主要是通过Fluent求解器进行迭代求解。

六、实验步骤

问题概述

outy

out

y

采空区

in

P

x图1-1采空区气体浓度场计算区域示意图

如图1-1所示，进风巷从下部漏风进入采空区，再从上部从采空区流出，需要求解采空区内的气体浓度场分布，进而初步确定采空区的自燃氧化带分布。

利用Gambit对计算区域离散化和指定边界条件类型步骤1：启动Gambit软件并建立新文件

图1-2Gambit窗口的布局在路径C:\Fluent.Inc\ntbin\ntx86下打开

图1-2Gambit窗口的布局

然后是建立新文件，操作为选择File→New打开入图1-3所示的对话框。

图1-3建立新文件

在ID文本框中输入goaf2作为文件名，然后单击Accept按纽，在随后显示的图1-4对话框中单击Yes按纽保存。

步骤2：创建几何图形

图1-4确认保存对话框

选择Operation →Geometry →Face ，打开图1-5所示的对话框。

图1-5创建面的对话框

在Width内输入200，在Height中输入100，在Direction下选择+X+Y坐标

系，然后单击Apply，并在GlobalControl下点击图形。

，则出现图1-6所示的几何

图1-6几何图形的显示

然后选择Operation→Geometry→Face，在图1-7所示的对话框中Edge里选择左边edge.4，在Global里y坐标输入50，点Apply。采用同样对右边进行边的切割。

图1-7切割边对话框

步骤3：网格划分

边的网格划分

当几何区域确定之后，接下来就需要对几何区域进行离散化，即进行网格划分。选择Operation→Mesh→Edge，打开图1-8所示的对话框。

图1-8边网格划分对话框在Edges后面的黄色对话框中选中所有的边。也可以采用Shift﹢鼠标左键的方法选中所有的边。然后在Spacing中选择Intervalsize，在其左边的对话框中输入1，即每1米划分一个网格。最后点击Apply确认。则出现图1-9

图1-8边网格划分对话框

图1-9各边的网格划分

面的网格划分

对边进行网格划分实际上是对计算区域的边界进行离散化，计算区域的内部同样需要进行离散化，需要对计算区域进行面网格划分。

选择Operation→Mesh→Face，打开图1-10所示的对话框。

图1-10面网格划分对话框

在Faces后面的黄色框中选中face.1，选中之后，可以看到面上的边均变成红色，表示选择成功。对话框中的其它选项均保持默认值，此时Spacing的类型为Intervalsize，它左边的默认值为1。点击Apply确认可以看到图1-11所示的面网格划分情况。

步骤4：边界条件类型的指定

图1-11面的网格划分

在指定边界条件之前，需要选定一个求解器，因为不同求解器的边界类型不一样。这里选择Solve→Fluent5/6，选择之后Gambit布局窗口标题栏中的Solve:Generic将变成Solve:Fluent5/6。

选择Operation

型。

→Zone ，打开图1-12所示的对话框,指定边界条件的类

图1-12边界条件指定对话框

首先指定面的左下边为压力入口。具体操作为在Name右边的白色框中输入inlet，Type里选择PRESSURE_INLET，