The application of a jet fan for the control of air and methane streams mixing at the excavations cross - the results of numerical simulations

• Autorzy: Wrona P. , Różański Z. , Pach P. , Domagała L.

Identyfikatory

DOI

DOI 10.12914/MSPE-03-03-2016

Warianty tytułu

PL

Wspomaganie mieszania strumieni powietrza i metanu na skrzyżowaniu wyrobisk za pomocą wentylatora strumieniowego w ujęciu symulacji numerycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of numerical simulations into the distribution of methane concentration at the intersection of two excavations with a fan (turned on) giving the air stream to the area of the crossing. Assumed case represents emergency situation related to the unexpected flow of methane from an excavation and its mixing with fresh air. It is possible when sudden gas outburst takes place, methane leaks from methane drainage system or gas leaks out the pipelines of underground coal gasification devices. Three options were considered – corresponding to three different speeds of the jet fan. They represent three stages of fan work. First – low air speed is forced by a pneumatic fan, when electricity is cut off after high methane concentration detection. Medium speed can be forced by pneumatic-electric device when methane concentration allows to turn on the electricity. Third, the highest speed is for electric fans. Simulations were carried out in the Fire Dynamics Simulator (FDS) belongs to the group of programs Computational Fluid Dynamics (CFD). The governing equations are being solved in a numerical way. It was shown that proposed solution allows partial dilution of methane in every variant of speed what should allow escape of the miners from hazardous area.

PL

W artykule przedstawiono wyniki symulacji komputerowych dotyczących zagadnienia rozkładu stężenia metanu przy skrzyżowaniu dwóch wyrobisk z włączonym wentylatorem kierunkującym strugę powietrza w rejon stropu skrzyżowania. Założona sytuacja dotyczyła awaryjnego wypływu metanu z zagazowanego wyrobiska do korytarza, którym płynie powietrze świeże. Taka sytuacja jest możliwa na przykład na skutek nagłego wyrzutu gazów, rozszczelnienia instalacji odmetanowania lub wycieku gazu z instalacji podziemnego zgazowania węgla. Rozpatrzono trzy warianty – odpowiadające trzem różnym prędkościom przepływu powietrza wywołanego pracą wentylatora pomocniczego. Pierwszy wariant dotyczy najmniejszej prędkości powietrza generowanej przez wentylator pneumatyczny, działający po odcięciu zasilania elektrycznego na skutek przekroczenia dozwolonego stężenia metanu. Drugi wariant to większą prędkość powietrza, generowana przez wentylator pneumatyczno-elektryczny. Trzeci wariant stanowi największą prędkość powietrza wytwarzaną przez wentylator elektryczny. Symulacje prowadzono w programie Fire Dynamics Simulator (FDS) należącym do grupy programów Computational Fluid Dynamics (CFD), rozwiązujących w swych algorytmach równania mechaniki płynów w sposób numeryczny. Wykazano, że zastosowanie proponowanego rozwiązania, umożliwi częściowe rozcieńczenie metanu w każdym z badanych wariantów, umożliwiając na przykład ucieczkę załogi z wyrobiska zagrożonego wybuchem.

Słowa kluczowe

EN

CFD simulation; methane; gas hazard; jet fan

• Wydawca: STE GROUP
• Czasopismo: Management Systems in Production Engineering
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 3 (23)
• Strony: 156--162
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Wrona P.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mining and Geology ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice, POLAND

autor

Różański Z.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mining and Geology ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice, POLAND

autor

Pach P.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mining and Geology ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice, POLAND

autor

Domagała L.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mining and Geology ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice, POLAND

Bibliografia

• [1] D.A. Anderson, J.C. Tannehill and R.H. Pletcher. Computational Fluid Mechanics and Heat Tranfer. Philadelphia: Hemisphere Publishing Corporation, 1997.
• [2] M. Branny. „Numerical simulation of airflow in blind headings ventilated with jest fans”, in Archives of Mining Sciences, vol. 48(4), 2003, pp. 425-443.
• [3] M. Branny. „Computer Simulation of flow of air and methane mixture in the longwall – return crossing zone”, in Archives of Mining Sciences, vol. 51(1), 2006, pp. 133-145.
• [4] M. Branny et al. „Eksperymentalna weryfikacja modeli CFD stosowanych w wentylacji kopalń”, in Przegląd Górniczy, vol. 69(5), 2013, pp. 73-82.
• [5] J. Brodny and M. Tutak. „Zastosowanie numerycznej mechaniki płynów do analizy przepływu strumienia powietrza przez wyrobisko górnicze z ogniskiem pożaru”, in Przegląd Górniczy, vol. 71(2), 2015, pp. 20-28.
• [6] W. Dziurzyński and P. Skotniczny. „Badania dynamiki zmian stężenia metanu w chodniku korytarzowym z zastosowaniem metod numerycznej mechaniki płynów”, in Przegląd Górniczy, vol. 62(10), 2006, pp. 13- 18.
• [7] J. Krawczyk. „Symulacja komputerowa zaburzeń przepływu w rejonie ściany wywołanych przez wyrzut gazów i inne przyczyny”, in Przegląd Górniczy, vol. 66(5), May 2010, pp. 17-23.
• [8] T. Maciak and P. Czajkowski (2015, February). Modelowanie rozwoju pożaru w pomieszczeniach zamkniętych, cz.1 Model matematyczny [Online]. Available: http://www.inf.sgsp.edu.pl/symulacje/cwiczenia/ materialy
• [9] K. McGrattan et al. (2013, November). Fire Dynamics Simulator (Version 5) Technical Reference Guide, Volume 1: Mathematical Model [Online]. Available: http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/SpecialPublications/ NIST.SP.1018e6.pdf
• [10] M.J. McPherson. Subsurface Ventilation and Environmental Engineering, Springer Netherlands, 1993.
• [11] T.X. Ren, J.S. Edwards and R.R. Józefowicz. „CFD Modeling of methane flow around longwall faces”, in Proc. of the 6th Int. Mine Vent. Congress, Pittsburg, USA, 1997, pp. 247-251.
• [12] P. Skotniczny. „Symulacja przepływu powietrza w wyrobiskach górniczych”, in Przegląd Górniczy, vol. 61 (7- 8), 2005, pp. 54-62.
• [13] A. Strumiński and B. Madeja-Strumińska. „Predicting Basic Aerological Hazards in Underground Mines”, in Archives of Mining Sciences, vol. 53(4), 2008, pp. 487- 497.
• [14] J. Sułkowski. „Niektóre problemy wentylacji ścian w warunkach współwystępowania zagrożeń naturalnych”, in Mat. Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Szczyrk, 23-27 Febr. 1998, pp. 309-320.
• [15] P. Wrona. „Wpływ prędkości powietrza na rozwój po- żaru egzogenicznego w wyrobisku górniczym – symulacja w programie Fire Dynamics Simulator (FDS) – Pyrosim”, in Przegląd Górniczy, vol. 69(7), 2013, pp.117-124.
• [16] P. Wrona and Z. Różański. Pomiar stanów i analiza przemian cieplnych powietrza, Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2013.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.