Numeryczna symulacja procesu wentylacji w wyrobiskach ślepych

• Autorzy: Branny M.

Warianty tytułu

EN

Numerical simulation of ventilation in blind headings

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedmiotem rozważań są problemy i możliwości związane z numerycznym modelowaniem przepływów w wyrobiskach ślepych. Uwaga skoncentrowana jest na prognozowaniu wielkości wentylacyjnych w komorach o parametrach charakterystycznych dla systemu eksploatacji stosowanego w kopalniach LGOM. Omówiono podstawy matematycznego modelowania przepływów turbulentnych. Rozwiązywany układ złożony jest z 3D równań ciągłości, Reynoldsa, turbulentnego transportu składnika chemicznego oraz równań modelu k-epsylon (kinetycznej energii turbulencji i szybkości dysypacji tej energii). Przy dyskretyzacji równań stosowano metodę objętości kontrolnej oraz technikę UPWIND. W opracowanych kodach numerycznych wykorzystano schemat hybrydowy. Nieliniowe układy równań dyskretnych rozwiązywano, stosując procedurę SIMPLER. Przedstawiono wyniki obliczeń 3D pola prędkości i koncentracji gazów w komorach. Badano możliwość skutecznego eliminowania zagrożeń gazowych pochodzących od maszyn wyposażonych w silniki spalinowe i będących wynikiem robót strzałowych. Zamieszczono wyniki symulacji numerycznej ustalonego pola prędkości oraz czasoprzestrzennego pola stężeń gazów szkodliwych przy skupionych i rozłożonych źródłach gazów. Spostrzeżenia wynikające z wariantowych obliczeń umożliwiają określenie warunków, przy których komory mogą być skutecznie przewietrzane wentylatorami wolno-strumieniowymi. Dokładność odwzorowania numerycznego oceniano, porównując wyniki obliczeń z pomiarami. Uznano, że wygenerowany na drodze numerycznej obraz pola prędkości i pola stężeń domieszek gazowych odzwierciedla pola rzeczywiste z wystarczającą dla praktycznych celów dokładnością.

EN

The study explores the potential of numerical modelling of airflow in blind headings. The main focus is forecasting the ventilation parameters in headings and galleries characteristic of copper mines belonging to the LGOM Corporation. The fundamentals of mathematical modelling of turbulent flows are provided. The model makes use of 3D continuity and Rynolds equations, the equation of turbulent transport of chemical components and the equations of the k-epsylon model (kinetic energy of turbulence, the rate of kinetic energy dissipation). The discretisation procedure involved the control volume method and the technique UPWIND. The developed numerical codes employ the hybrid schemes and power-law techniques. Nonlinear systems of discrete equations were solved with the use of SIMPLER procedures. 3D velocity fields and gas concentrations calculated for galleries are provided. The chief objective is to eliminate the hazardous conditions caused by the presence of gas pollutants emitted by diesel-powered engines in machines and produced in the course of blasting operations. The results of numerical solutions of steady-state velocity field and the time-space field of concentration of gaseous pollutant emitted by lumped or distributed gas sources are presented. The accuracy of numerical representation is evaluated by comparing the prognosticated values with measurements. The obtained physical fields by way of numerical procedures portray the real fields sufficiently well for practical purposes.

Słowa kluczowe

PL

wentylacja kopalń; wentylacja wyrobisk ślepych; komputerowa symulacja przepływów

EN

underground ventilation; auxiliary ventilation; numerical simulation of airflow

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Górnictwo i Geoinżynieria
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 29, z. 1
• Strony: 9--20
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Branny M.

• Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków

Bibliografia

• [1] Biernacki K.: Wentylator swobodny jako ujemny regulator rozpływu powietrza w sieci. Gliwice, 1975 (rozprawa doktorska niepublikowana)
• [2] Branny M.: Rozkład prędkości, temperatury i koncentracji gazów w komorach oraz strefach przodkowych wyrobisk z wentylacją odrębną. Seria Rozprawy Monografie 91, Kraków, UWND AGH 2000
• [3] Dinty E., Michell E.: Organisation, Objectives and Achivements of Three-Government Collaborative Program on Diesel Emissions Reduction Research Development. CIM Annual General Meeting, Montreal 1986, 3-20
• [4] Elsner J.: Turbulencja przepływów. Warszawa, PWN 1987
• [5] Gao J., Kenichi U., Inoue M.: Simulation of the Heat and Moisture Transfer Between Airway Walls and Mine Air at a Heading Face with Forcing Auxiliary Ventilation System. Proc. 7th Int. Mine Vent. Congress, Kraków 2001
• [6] Kolniak P., Przekwas A., Wanik A.: Metoda modelowania przepływów recyrkulacyjnych. Prace Nauk. Inst. Techn. Cieplnej i Mech. Płynów Politechniki Wrocławskiej, Seria Monografie 8, 1983
• [7] Launder B., Spalding D.: Mathematical Models of Turbulence. Londyn, Academy Press 1972
• [8] Lowndes I., Moloney K.: A review of Diesel exhaust emission monitoring and control technology. Mining Technology, No. 902, 1996, 5-25
• [9] Miękus J., Nędza Z., Strumiński A.: Przewietrzanie wyrobisk górniczych wyposażonych w maszyny z silnikami spalinowymi. Rudy i Metale Nieżelazne, nr 9, 1981, 485-488
• [10] Patankar S.: Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. Hemispher, McGraw-Hill 1980
• [11] Rosiek F., Sikora M., Strumiński A., Urbański J.: Zastosowanie wentylatorów wolnostrumieniowych do wspomagania wentylacji wyrobisk górniczych. Prace Nauk. Inst. Górn. Politechniki Wrocławskiej 70, Seria Monografie 33, 1993
• [12] Scholtz R., Hanel B. : Computergestützte Berechnung der Raumluftströmung. Berlin, VEB Verlag Technik 1998
• [13] Sułkowski J., Frycz A., Drenda J., Biernacki K., Domagała L.: Ocena skuteczności przewietrzania ślepych wyrobisk eksploatacyjnych o długości powyżej 30 metrów przy wykorzystaniu wentylatorów wolnostrumieniowych typu WOO-63. Gliwice, 1998 (niepublikowana)
• [14] Sułkowski J., Drenda J., Biernacki K., Domagała L.: Opracowanie wytycznych stosowania wentylatorów wolnostrumieniowych do przewietrzania drążonych przodków o długości do 60 metrów. Gliwice, 1999 (niepublikowana)
• [15] Sułkowski J., Drenda J., Biernacki K., Gumiński A., Różański Z., Wierzbiński K., Musioł D.: Określenie skuteczności przewietrzania drążonych wyrobisk górniczych, których długość nie przekracza 60 metrów przy zastosowaniu wentylatorów wolnostrumieniowych. Gliwice, 2000 (niepublikowana)
• [16] Szlązak N., Borowski M.: Wentylacyjne aspekty stosowania maszyn z silnikami spalinowymi w kopalniach podziemnych. Kraków, Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Seria z Lampką Górniczą, nr 13, 2002
• [17] UszakowK., Burczakow A., MiedwiediewI.: Rudnicznaja aerologia. Moskwa, Niedra 1978
• [18] Waytulonis R.A.: Diesel exhaust control in SME. Mining Engineering Handbook. 2nd Edition, vol. 1, Littleton, Colorado 1992
• [19] Wytyczne stosowania wentylatorów wolnostrumieniowych w wyrobiskach górniczych kopalń KGHM Polska Miedź S.A. Lubin, 1999