第 34 卷 第 2 期 2014 年 03 月 西 安 科 技 大 学 学 报 JOURNAL OF XI AN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol. 34 No. 2 Mar. 2014 1672-9315 2014 02-0135 - 07 * FLUENT 1 2 3 1. 710054 2. 710054 3. 710304 矿 井 灌 浆 管 路 系 统 是 一 个 相 对 封 闭 的 空 间 浆 液 在 流 动 过 程 中 对 管 道 的 压 力 分 布 情 况 却 难 以 掌 握 因 此 首 先 建 立 了 一 种 浆 液 管 道 流 动 的 数 值 计 算 模 型 对 其 进 行 网 格 划 分 边 界 条 件 设 定 和 数 值 模 拟 计 算 流 程 并 对 所 建 立 的 模 型 进 行 数 值 计 算 得 到 浆 液 在 管 道 中 的 变 化 特 性 其 次 针 对 静 压 灌 浆 和 动 压 灌 浆 2 种 不 同 的 方 式 对 管 道 造 成 的 影 响 程 度 利 用 ANSYS FLUENT12. 1 分 别 对 这 2 种 不 同 方 式 时 的 压 力 场 进 行 模 拟 对 比 静 压 与 动 压 灌 浆 时 的 管 道 压 力 分 布 特 点 和 分 析 浆 液 在 管 道 中 流 动 过 程 的 压 力 损 失 等 情 况 该 模 型 可 以 较 好 的 预 测 静 压 灌 浆 和 动 压 灌 浆 时 的 管 路 中 的 压 力 分 布 状 态 有 助 于 分 析 管 路 输 送 过 程 中 不 同 管 路 位 置 的 压 力 变 化 及 分 布 规 律 模 拟 结 果 显 示 利 用 动 压 进 行 灌 浆 作 业 可 以 起 到 显 著 的 增 压 效 果 最 后 通 过 对 比 数 值 模 拟 计 算 和 工 业 现 场 试 验 监 测 得 到 的 数 据 分 析 得 出 两 者 数 据 基 本 吻 合 对 比 结 果 分 析 表 明 该 数 值 模 型 建 立 合 理 对 矿 井 远 距 离 灌 浆 工 作 具 有 一 定 的 指 导 价 值 灌 浆 ANSYS FLUENT 压 力 数 值 模 拟 TD 75 DOI:10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2014.003 A Numerical simulation of long-distance slurry transport based on FLUENT LIU Lei 1 WANG Wei-feng 2 FENG Yu-long 3 1. Xi an Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group Co. Ltd. Xi an 710054 China 2. College of Energy Science and Engineering Xi an University of Science and Technology Xi an 710054 China 3. Xi an Bossun Mining Safety Technology Co. Ltd Xi an 710304 China Abstract Mine grouting pipeline system is a relatively closed space slurry pipeline flow process pressure distribution is difficult to grasp. So in the first established a numerical model of the flow in the slurry pipeline then to mesh boundary conditions and numerical simulation process. The established model is numerically calculated to obtain a slurry characteristic changes in the pipeline Secondly according to the influence of the static pressure and dynamic pressure grouting using the software of AN- SYS FLUENT12. 1 simulation of the pressure field comparison of the pipe pressure distribution with static and dynamic pressure and pressure loss characteristics analysis are carried out. The model can predict the pipe pressure distribution state when static and dynamic pressure grouting which can help to an- * 2013-11 - 10 973 2011CB411902 51134019 51004081 2010 NCET - 10-0932 1989 - E-mail 602855299@ qq. com
136 西 安 科 技 大 学 学 报 2014 年 0 alyze transport conduit pressure changes and distribution of the different positions of the pipeline the simulation results show that use of the dynamic pressure grouting operations can play a significant booster effect Finally a comparison of the data of numerical simulation and industrial field tests shows the both data are consistent. Comparative analysis of the results showed that the numerical model is reasonable with a guiding value for the remote mine grouting work. Key words grout ANSYS FLUENT pressure numerical simulation 6 1 2 85% 3 CO 2 7 2 4 1 1. 1 1 N - S 8-9 5 du dt = f - 1 ρ p - 1 ρ ( 2 3 μ u ) + 1 ρ 2μ s 1 du dt f - 1 p ρ - 1 ρ ( 2 3 μ u) 1 ρ 2μ s
第 2 期 刘 磊 等 FLUENT 的 浆 液 远 距 离 输 送 数 值 模 拟 研 究 137 2. 1 2 Segregated k - ε 1. 2 ρt + ρut + ρvt t x = k T x( x ) - k T ( ) + + ST 3 z c p c p t ρk + ρku x i i = x j [ ] μ + μ σ k k x j + C K + C B - ρε - Y M + S K 4 t ρε + ρεu x i i = x j [ ] μ + μ σ ε 2 C 2ε K + S ε ε ε + C x 1ε ε j K C K + C 3ε C B - 5 C 1ε = 1. 44 C 2ε = 1. 92 C μ = 0. 09 σ K = 1. 0 σ ε = 1. 3. u x + v = 0 Navier-Stokes 6 u t + u u x + v v = f x - 1 ρ p x + v 2 u x + 2 u 2 2 7 v t + u v x + v v = f x - 1 ρ p x + v 2 v x + 2 v 2 2. 8 u x v y 4 1 ρ 108 mm 350 k 2 μ = ρc μ ε. 2 1 a C μ k ε 1 b 2. 2 0. 1 m. 2 2. 3 3. 5 MPa 5 2. 4 ANSYS FLUENT12. 1 10-11 3 1 1 Tab. 1 Related parameter settings / kg m - 3 / / m s - 1 1 715 20 1. 414 7 13 864 3 3. 1 2 2 3 4 1# 1305 2
138 西 安 科 技 大 学 学 报 2014 年 1 3. 434 ~ 3. 190 ~ 3. 217 MPa 4 3. 461 MPa 2 3. 380 2. 973 ~ 3. 000 MPa ~ 3. 407 MPa 3 3. 2 注 浆 站 北 翼 1 # 联 络 巷 压 力 监 测 点 二 采 区 皮 带 机 道 压 力 监 测 点 Fig. 1 1 (a) 五 采 边 界 回 风 上 山 压 力 监 测 点 1305 岩 集 联 络 巷 压 力 监 测 点 (b) Simplified physical simulation model a b 2 MPa MPa 4 3. 135 ~ 3. 271 4 4. 1 5 3 8 35 ~ 1 5. 308 ~ 5. 444 8 55 9 40 ~ 9 55 10 30 ~ 10 50 MPa 2 4. 493 ~ 4. 629 MPa 3 3. 950 ~ 4. 086
第 2 期 刘 磊 等 FLUENT 的 浆 液 远 距 离 输 送 数 值 模 拟 研 究 139 注 浆 出 口 3 # 测 点 Fig. 3 4 # 测 点 Pressure bd 3.488 824e+0.06 3.428 522e+0.06 3.368 219e+0.06 3.307 917e+0.06 3.247 615e+0.06 3.187 312e+0.06 3.127 010e+0.06 66 708e+0.06 06 406e+0.06 2.948 103e+0.06 [Pa] Fig. 4 0.000 4.500 2 3 注 浆 出 口 Fig. 2 2.250 9.000(m) 6.750 Meshing Flow of numerical simulation 3 # 测 点 入 口 0 3 500 7 000(m) 1 750 5 250 2 # 测 点 1 # 测 点 Y X 4 6.0 Static pressure grouting pressure distribution of each monitoring point 9 00 ~ 9 35 10 00 ~ 10 25 4 # 测 点 Pressure bd 5.444 179e+0.06 5.142 379e+0.06 4.840 579e+0.06 4.538 779e+0.06 4.236 979e+0.06 3.935 179e+0.06 3.633 379e+0.06 3.331 579e+0.06 29 778e+0.06 2.727 978e+0.06 [Pa] 5 Fig. 5 0 3 500 7 000(m) 1 750 5 250 7 1305 Fig. 7 1305 Rock Lane set scene with simulated contact pressure comparison chart 入 口 2 # 测 点 1 # 测 点 Y X Dynamic pressure grouting pressure distribution of each monitoring point Origin 6 ~ 9 4. 2 ANSYS 2. 6.0 5.0 4.0 0.0 6 Fig. 6 5.0 4.0 现 场 管 道 压 力 模 拟 管 道 压 力 Second Mining Area belt road scene with analog pressure comparison chart 现 场 管 道 压 力 模 拟 管 道 压 力
140 西 安 科 技 大 学 学 报 2014 年 4.5 4.0 3.5 2.5 1.5 0.5 现 场 管 道 压 力 模 拟 管 道 压 力 3. 5 / 4. 0 MPa 8 1 4. 8 /5. 0 MPa 1305 Fig. 8 North Wing No. 1 Lane scene with simulated contact pressure comparison chart 4.0 现 场 管 道 压 力 3.5 模 拟 管 道 压 力 3. 0 /2. 8 MPa 4. 0 / 2.5 4. 0 MPa 5304 1.5 0.5 0.0 2. 5 /2. 0 MPa 3. 0 /3. 0 MPa 9 5304 Fig. 9 5304 Boundary return air scene and simulated pressure comparison chart Tab. 2 /MPa 3. 5 /3. 6 MPa 5 /4. 8 MPa 1 # 2 Simulation and comparison of the measured data 1# /MPa 1305 /MPa 5304 /MPa 3. 3 ~ 3. 7 3. 0 ~ 3. 5 2. 8 ~ 3. 5 2. 5 ~ 2. 7 4. 7 ~ 5. 2 4. 5 ~ 5. 0 3. 5 ~ 4. 0 2. 8 ~ 3. 0 3. 5 ~ 4. 0 4. 0 ~ 4. 5 2. 5 ~ 3. 0 1. 5 ~ 2. 0 4. 5 ~ 5. 0 5. 0 ~ 5. 5 3. 5 ~ 4. 0 2. 8 ~ 3. 0 2 5 1 3 ANSYS FLUENT12. 1
第 2 期 刘 磊 等 FLUENT 的 浆 液 远 距 离 输 送 数 值 模 拟 研 究 141 References 1. M. 2001. examples and application M. Beijing Beijing Institute of Technology Press 2001. 9. D. 1999. CAI Hui. Study of three horizontal tube water flow characteristics of oil and gas D. Jilin Northeast Institute of XU Jing-cai. Coal spontaneous combustion danger zone determination theory M. Beijing Coal Industry Press 2001. Electric Power 1999. 10. FLUENT J. 2009 5 46-48. 2. JIANG Xiao-fang CAO Xi-jing SI Zhen-peng. FLUENT D. 2012. YANG Xiao-min. Roadway through gob coal spontaneous combustion control technology research D. Xi an Xi an University of Science and Technology 2012. applications in industrial piping design J. Chemical E- quipment and Pipeline 2009 5 46-48. 11. CFD M. 2004. 3. D. WANG Fu-jun. Computational fluid dynamics analysis 2006. MAO Zhan-li. Research technical high gas coal seam CFD Software Principles and Applications M. Beijing Tsinghua University Press 2004. fires prevention D. Xi an Xi an University of Science 12. FLUENT and Technology 2006. J. 2009 4. 29 324-326. D. 2011. ZHANG Bo. Lizui mouth steep seam mining spontaneous combustion prevention research D. Xi an Xi an University of Science and Technology 2011. FAN Yong-bao LI Xiao-jiao LI Ling et al. Analog blast outlet flow field and temperature field based on FLUENT J. Applied Computer Technology 2009 29 324-326. 5. 13. D. 2008. WANG Xiao-ning. Small kiln coal mine fire caused by spontaneous combustion control technology D. Xi an Xi an University of Science and Technology 2008. J. 2012 6 36-43. DENG Dai-qiang ZHU Yong-jian WANG Fa-zhi et al. Filling long distance slurry pipeline simulation J. Journal of Anhui University 2012 6 36-43. 6. D. 14. CFD D. 2012. CHEN Xiao-kun. Multi-source information fusion of coal spontaneous combustion warning research D. Xi an Xi an University of Science and Technology 2012. 2011. ZHAO Yue. Based on CFD numerical simulation local resistance pipeline D. Daqing Northeast Petroleum U- niversity 2011. 7. J. 15. D. 2009 28 4 566-577. QIAN Yi-bin YANG Li-min. Flow of water in the pipeline two progress J. Chemical Engineering Progress 2009 28 4 566-577. 2004. WANG Zhan-bang. Flow Characteristics of thickening gel in the pipe D. Xi an Xi an University of Science and Technology 2004. 8. FLUENT 16. M. 2001. HAN Zhan-zhong. FLUENT fluid engineering simulation D. 2006. YU Li-wei. Analysis of experimental and numerical simulation of three-phase flow pipeline D. Wuhan Wuhan University of Technology 2006.