Eksperymentalna weryfikacja modeli CFD stosowanych w wentylacji kopalń

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

Warianty tytułu

EN

Validation of CFD codes applied in mine ventilation system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedmiotem badań jest walidacja wybranych modeli CFD przy przepływie powietrza przez laboratoryjny model skrzyżowania przewodów w kształcie litery T. Stanowisko laboratoryjne przedstawia uproszczony model skrzyżowania ściany z chodnikiem wentylacyjnym. Uproszczenia dotyczą zarówno geometrii obiektu jak i warunków przepływu. W pracy testowano trzy modele turbulencji: standardowy model k-ε, jego modyfikację k-ε realizable oraz model naprężeń Reynoldsa (RSM). Pomiar składowych wektora prędkości wykonano metodą SPIV (Stereo Particle Image Velocimetry). Wyniki pomiarów porównano z obliczeniami. Żaden z testowanych modeli turbulentnych nie odzwierciedla dokładnie wyników eksperymentu w strefach objętych przepływem recyrkulacyjnym (rys. 2c,d÷rys. 5c,d). Największe różnice pomiędzy pomiarami i obliczeniami występują w strefie wnęki C (rys. 1). W strefie wnęki modele lepkościowe – standardowy k-ε i k-ε realizable – przeszacowują mierzone wartości składowych wzdłużnych wektora prędkości, podczas gdy model naprężeń Reynoldsa niedoszacowuje mierzone wartości prędkości. W znacznej części strefy wylotowej B (rys. 1) uzyskano zadowalającą zgodność pomiędzy pomiarami a obliczeniami, natomiast istotne różnice występują w prognozowanym i mierzonym zasięgu strefy recyrkulacji. Z przeprowadzonych badań wynika, że rezultaty najbliższe do wartości mierzonych uzyskano przy stosowaniu modelu RSM.

EN

This paper presents the results of experimental and numerical study of air flow through the system of T-shape ventilation ducts. The laboratory model is a certain simplification of the real crossing of longwall and ventilation gallery (Fig.1). The simplifications refer both to the object’s geometry and the air flow conditions. An analysis has been performed to validate three turbulent models: standard k-ε, k- ε realizable and Reynolds Stress Model (RSM). Stereo Particle Image Velocimetry (SPIV) method was used to measure the velocity vector components. The experimental results have been compared with the results of numerical simulations. Neither of the tested models provided fully satisfactory results for the examined flow in the recirculation zones (Fig.2 c,d ÷ Fig.5 c,d). The large differences between the measured and calculated velocity field occurred in the cavity zone C (Fig.1). The viscosity models, the standard k-ε and k-ε realizable over-predict the measure value of streamwise components of velocity in this zone while the RSM model underestimates the measure value of velocity. Compatibility was achieved between all three turbulence model predictions and measurements in the outflow section B (Fig.1), however considerable differences were observed in the separation zone. The RSM model provides most accurate predictions in the examined flow domain.

Słowa kluczowe

PL

walidacja kodów CFD; PIV; wentylacja kopalń

EN

validation of CFD codes; PIV; mining ventilation

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 69, nr 5
• Strony: 73--82
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Branny M.

• AGH w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii

autor

Karch M.

• AGH w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii

autor

Wodziak W.

• AGH w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii

autor

Jaszczur M.

• AGH w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw

autor

Nowak R.

• AGH w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw

autor

Szmyd J.

• AGH w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw

Bibliografia

• 1. Aminossadati S.M., Hooman K.: Numerical simulation of ventilation air flow in underground mine workings, 2008, 12th U.S./North American Mine Ventilation Symposjum, s.253÷259.
• 2. Branny M., Karch M., Wodziak W., Jaszczur M., Nowak R., Szmyd J.: Experimental and numerical analysis of the turbulent flow in T-shaped channel, XX Fluid Mechanics Conference, Gliwice, 17–20 September 2012, s. 72÷73.
• 3. Branny M., Filipek W.: Numerical simulation of ventilation of blind drifts with a force-exhaust overlap system in the condition of methan and dust hazards, Archives of Mining Sciences, 2008, vol. 53 no. 2, s. 221÷234.
• 4. Haven B. A., Kurosaka M.: Kidney and anti-kidney vortices in crossflow jets, Journal of Fluid Mechanics, 1997, Vol.352, s.27÷64.
• 5. Jaszczur M., Nowak R., Szmyd J., Branny M., Karch M., Wodziak W.: Eksperymentalne i numeryczne badania przepływu powietrza przez skrzyżowanie wyrobisk w kształcie litery T, Zwalczanie zagrożeń aerologicznych w kopalniach, Główny Instytut Górnictwa, Katowice, 2012, s. 76÷87.
• 6. Jaszczur M., Portela L.: Numerical data for reliability of LES for non-isothermal multiphase turbulent channel flow,2008, Quality and reliability of LES, s. 343÷354.
• 7. Kelso R. M., Lim T. T., Perry A. E.: An experimental study of round jets in cross-flow, Journal of Fluid Mechanics, 1996, Vol.306, s.111÷144,
• 8. Krawczyk J.: Jedno i wielowymiarowe modele niestacjonarnych przepływów powietrza i gazów w wyrobiskach kopalnianych. Przykłady zastosowań. Archives of Mining Sciences, Monografia, nr. 2, 2007.
• 9. Kuan B., Yang W., Schwarz M.P.: Dilute gas-solid two-phase flows in a curved 90° duct bend: CFD simulation with experimental validation, Chemical Engineering Science, 2007, Vol.62, s.2068÷2088.
• 10. Mossad R., Yang W., Schwarrz M.P.: Numerical prediction of air flow in a sharp 900 elbow, Seventh International Conference on CFD in the Minerals and Process Industries, CSIRO, Melbourne,Australia, 2009, s.1÷5.
• 11. Nakayama H., Hirota M., Shinoda K., Koide S.: Flow Characteristics in a Counter-Flow Type T-junction.Thermal Science and Engineering, 2005, Vol.13 , s.17÷23.
• 12. Silvester S.A.: The integration of CFD and VR methods to assist auxiliary ventilation practice. PhD thesis, The University of Nottingham, 2002.
• 13. Wala A. M., Vytla S., Taylor C.D., Huang G.: Mine face ventilation: a comparison of CFD results against benchmark experiments for CFD code validation, Mining Engineering, 2007, Vol.59, s.10÷17.
• 14. Wala A.W., Stoltz J.R., Jacob J.D: Numerical and experimental study of a mine face ventilation system for CFD code validation, Proceedings of the 7th International Mine Ventilation Congress, Krakow, 2001, s.411÷418.
• 15. Wierzbiński K.: Modelowanie komputerowe rozkładu parametrów powietrza oraz koncentracji metanu w rejonie skrzyżowania ściany z chodnikiem wentylacyjnym. 5 Szkoła Aerologii Górniczej, Wrocław 13-16 październik 2009, s.111÷118.