Eksperymentalne i numeryczne badania przepływu powietrza w wyrobisku ślepym – walidacja modeli turbulencji

• Autorzy: Branny M. , Wodziak W. , Szmyd J. , Jaszczur M.

Warianty tytułu

EN

Experimental and numerical studies of air flow in the dead-end working – validation of turbulence models

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych i analiz numerycznych przepływu powietrza przez laboratoryjny model komory przewietrzanej wentylatorem wolnostrumieniowym. Pomiary prędkości przepływu wykonane przy użyciu metody PIV (Particle Image Velocimetry) wykorzystano do walidacji wybranych modeli turbulencji. Zamieszczono wyniki pomiarów i symulacji numerycznych przepływu powietrza w komorze o długości wynoszącej 2,0 m oraz 3,25 m (skala geometryczna modelu 1:10). Porównano zmierzone wartości dwóch składowych wektora prędkości przy średniej prędkości strugi wlotowej równej 21,2 m/s (Re=108 000) oraz 35,4 m/s (Re=180 000). Z uwagi na kształt tworzonego przez strugę nawiewną pola prędkości, w obszarze przepływu można wyróżnić dwie strefy z przepływem recyrkulacyjnym. Pierwsza strefa sięga na odległość około 1,0 m od wlotu strugi powietrza. W dalszej odległości od wlotu formułuje się druga strefa z wirem o przeciwnym do pierwszego kierunku wirowania. Przedstawiony obraz przepływu kształtuje się zarówno przy dwu, jak i trzymetrowej długości kanału ślepego, jak również dla różnych prędkości wlotowych strugi powietrza o liczbach Reynoldsa z przedziału 100 000÷200 000. Wykazano jakościową zgodność wyników symulacji numerycznych uzyskanych przy użyciu modelu turbulencji RSM (Reynolds Stress Model) z pomiarami. Przy stosowaniu tego modelu, średni błąd w prognozowanych wartościach składowych wzdłużnych prędkości wynosił 35%÷40%.

EN

This paper presents the results of experimental and numerical study of air flow through the laboratory model of the mining chamber ventilated by a jet fan. The measurements of the components of the velocity vector were used to validate the selected turbulence models. The results of measurements and numerical simulation of airflow within the chamber with a length of 2,0m and 3,25m (geometrical scale of the model 1:10) have been presented. The measured values of the two components of the velocity vector with the average velocity of the inlet air stream equal to 21,2m/s (Re = 108 000) and 35,4m/s (Re = 180 000) have been compared. In the velocity field formed by the inlet air stream, two zones with recirculating flow in the flow domain can be distinguished. The first zone extends over a distance of approximately 1.0 m from the inlet. In the further distance from the inlet a second vortex of the opposite direction to the former is formed. Such a configuration of the velocity field is characteristic for both two and three-meter channel length as well as for different velocities of the inlet air stream of Reynolds numbers of 100 000¸200 000. The numerical simulation results obtained with the use of the Reynolds Stress Model are qualitatively consistent with the measurements. Using this model, the average error in the forecast values of longitudinal velocity components was about 35%÷40%.

Słowa kluczowe

PL

walidacja modeli turbulencji; wentylacja wyrobisk ślepych; PIV

EN

validation of turbulence models; ventilation of blind headings; PIV

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 72, nr 9
• Strony: 37--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Branny M.

• AGH w Krakowie

autor

Wodziak W.

• AGH w Krakowie

autor

Szmyd J.

• AGH w Krakowie

autor

Jaszczur M.

• AGH w Krakowie

Bibliografia

• [1] BRANNY M., KARCH M., WODZIAK W., JASZCZUR M., NOWAK R., SZMYD J. 2013 - Eksperymentalna weryfikacja modeli CFD stosowanych w wentylacji kopalń. „Przegląd Górniczy”, nr 5, s.73-81.
• [2] BRANNY M., SZMYD J., JASZCZUR M., NOWAK R., FILIPEK W., WODZIAK W. 2013 - Badania modelowe przepływu powietrza w strefie przodkowej wyrobiska z wentylacją lutniową. „Górnictwo i Geologia”, nr 3, s. 5-17.
• [3] BRANNY M., KARCH M., WODZIAK W., JASZCZUR M., NOWAK R., SZMYD J. 2014 - An experimental validation of a turbulence model for air flow in a mining chamber. Journal of Physics Conference Series, vol.530.
• [4] KURNIA J. C., SASMITO A. P., MUJUMDAR A. S. 2014a - Dust dispersion and management in underground mining faces. International Journal of Mining Science and Technology, vol.24, p.206-215.
• [5] KURNIA J., SASMITO A., MUJUMDAR A. 2014b - Simulation of a novel intermittent ventilation system for underground. Tunnelling and Underground Space Technology, vol.42, p.39-44.
• [6] PARRA M.T., VILLAFRUELA J. M., CASTRO F., MENDEZ C. 2006 - Numerical and experimental analysis of different ventilation systems in deep mines. Building and Environment, no.2, p.87-93.
• [7] SASMITO A., BIRGESSON E., LY H. C., MUJUMDAR S. 2013 - Some approaches to improve ventilation system in underground coal mines environment – A computational fluid dynamic study. Tunnelling and Underground Space Technology, vol.34, p.82-95.
• [8] SUŁKOWSKI J., FRYCZ A., DRENDA J., BIERNACKI K., DOMAGAŁA L. 1998 - Ocena skuteczności przewietrzania ślepych wyrobisk eksploatacyjnych o długości powyżej 30 metrów przy wykorzystaniu wentylatorów wolnostrumieniowych typu WOO-63. Politechnika Śląska, Gliwice (praca niepublikowana).
• [9] WALA A. M., STOLZ J. R., JACOB J. 2001 - Numerical and experimental study of mine face ventilation system for CFD code validation. Proceedings of 7th Internaltional Mine Ventilation Congress, Kraków, p.411-418.
• [10] WALA A. M., VYTLA S., TAYLOR C. D., Huang G. 2007 - Mine face ventilation: a comparison of CFD results against benchmark experiments for the CFD code validation. Mining Engineering, no.10, p.49-55.
• [11] WODZIAK W. 2015 - Eksperymentalne i numeryczne badania przepływu powietrza w laboratoryjnym modelu wyrobiska ślepego z wentylacją lutniową. Praca doktorska, AGH, Kraków, s.72 - 114.

Uwagi

Praca finansowana ze środków budżetowych na naukę jako projekt statutowy nr. 11.11.100.774.

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