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火灾时期地下矿巷道系统风流状态仿真方法研究

作　者: 葛亚飞
导　师: 黄光球
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 采矿工程
关键词: 火灾地下矿仿真元胞自动机粒子系统
分类号: TD752
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 37次
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内容摘要

随着地下矿开采深度的增加、矿井设计生产能力的增大,矿井中可燃气体涌出量随之增大,加上通风困难以及岩层温度的升高,如果遇到火源极易发生火灾,而地下矿地质条件复杂,活动空间狭小,可燃物密布,每当火灾发生时,火势发展迅猛;火灾产生包含大量有毒、有害气体的高温烟雾沿巷道流动,其高温、毒性和窒息性可造成人员巨大伤亡。本文在前人研究的基础上,从计算机仿真的角度出发分析火灾时期风流状况,为火灾的预防和制定救护措施提供一种技术手段。首先对元胞自动机和粒子系统关键技术进行了研究,这两种理论为不规则流体、自组织系统提供了一种很好的模拟方案,本文结合使用两种仿真方法,并针对地下矿这个特殊的地理环境做了一些改进,建立科学适当的仿真模型,首先仿真出有害、易燃气体在地下矿巷道中聚集现象,直观地分析了火灾易发地点,并由此做出假设火灾就在易发地点发生,建立火灾时期地下矿环境仿真模型,来研究火灾一旦发生,火势及烟雾在地下矿巷道中蔓延和扩散的规律及危害状况。在此基础上,本文采用可视化编程语言vc++并结合一系列先进计算机软件技术在windows环境下开发仿真系统,实现了相应仿真模型,逼真地仿真出有害、易燃气体在地下矿巷道中聚集过程及火灾发生后巷道环境变化情况等,可形象直观地观测分析可燃、有害气体的前期聚集状况,确定出火灾易发地点,为井下生产安全评估起到一定作用,并通过对火灾发生后其蔓延趋势及危害情况进行分析计算,可输出一系列模拟参数,从而为井下人员选择逃逸路线和制定火灾预防策略提供了一种有效的技术手段。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-14
  1.1 课题研究的背景  9-10
  1.2 课题研究的意义  10
  1.3 国内外研究现状  10-12
  1.4 论文研究的主要内容  12-14
2 火灾发生前后风流特点分析及仿真方法研究  14-25
  2.1 引言  14
  2.2 气体粒子、烟雾、火焰等在地下矿巷道中的传播与仿真特征分析  14-16
  2.3 火灾时期巷道内风速的变化与计算  16-17
  2.4 元胞自动机和粒子系统仿真方法  17-23
    2.4.1 元胞自动机及其体系结构  17-18
    2.4.2 元胞自动机的特点与在计算机中实现的可行性  18-19
    2.4.3 元胞自动机在仿真中应用的一般步骤  19-20
    2.4.4 粒子系统原理及特点  20-21
    2.4.5 粒子系统基本模型  21-22
    2.4.6 粒子系统实现  22-23
  2.5 CA和粒子系统在地下矿仿真系统中的应用与实现  23-24
    2.5.1 两种方法的比较  23
    2.5.2 地下矿环境仿真模型的选择  23-24
  2.6 小结  24-25
3 可配置发射器的动态粒子系统有害气体聚积过程仿真  25-42
  3.1 引言  25
  3.2 仿真系统模型的建立  25-36
    3.2.1 仿真系统建立时需要解决的问题  25-26
    3.2.2 元胞自动机的引入  26-28
    3.2.3 粒子系统基本定义  28
    3.2.4 粒子的产生  28-30
    3.2.5 粒子的初始化  30-32
    3.2.6 粒子的活动及属性更新  32-35
    3.2.7 粒子的死亡  35-36
  3.3 系统参数分析  36
  3.4 仿真实例与结果分析  36-40
    3.4.1 仿真实例  36-39
    3.4.2 仿真过程分析  39-40
  3.5 小结  40-42
4 基于 CA粒子系统的地下矿火灾蔓延仿真  42-56
  4.1 引言  42
  4.2 地下矿巷道火灾仿真整体设计  42-43
  4.3 元胞自动机巷道火势蔓延模型  43-47
    4.3.1 元胞的邻域空间定义  43
    4.3.2 元胞的状态变量  43-44
    4.3.3 元胞自动机的状态迁移规则  44-47
  4.4 烟雾扩散粒子模型  47-51
    4.4.1 粒子的产生  47-48
    4.4.2 粒子的初始化  48
    4.4.3 粒子的活动及属性更新  48-50
    4.4.4 粒子的死亡  50-51
  4.5 烟雾运动驱动力分析  51
  4.6 模拟参数分析  51-52
  4.7 仿真模块设计与仿真实例  52-55
    4.7.1 仿真系统部分设计  52-53
    4.7.2 仿真实例  53-54
    4.7.3 仿真过程分析  54-55
  4.8 小结  55-56
5 仿真系统整合及实现时的关键技术  56-62
  5.1 前言  56
  5.2 面向对象的设计开发及主要类描述  56-58
  5.3 核心功能介绍  58
  5.4 系统仿真处理流程  58-59
  5.5 提高实时性的有关措施  59-60
  5.6 系统构建与消息机制  60-61
  5.7 小结  61-62
6 结束语  62-65
  6.1 论文总结  62-63
  6.2 需要进一步研究的内容  63-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
作者简介及硕士生期间发表的学术论文  69

火灾时期地下矿巷道系统风流状态仿真方法研究

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