重力作用下礦井突水數(shù)值模擬及其并行算法設計.pdf

1、地下礦井下突水是常見的礦山災害之一,該問題受到國內外很多學者的關注和青睞。為了研究突水過程中水在不同巷道結構中的流動規(guī)律,本文使用了格子Boltzmann方法,對不同巷道結構中水災蔓延過程進行了數(shù)值模擬計算,對整個流場的從宏觀到微觀有一個完整的認識。從宏觀角度講,本文通過計算數(shù)據(jù)繪制了不同巷道結構的流體流態(tài)流線圖,對突水水災在巷道蔓延有一個宏觀認識;從微觀角度講,使用格子模型將整個流場劃分為一個一個單元網(wǎng)格,計算每個網(wǎng)格的密度,壓力,速

2、度矢量等物理量。為地下礦突水災害的防治提供了理論依據(jù),有利于礦山企業(yè)進行科學的防災減災工作。
　　本研究主要內容包括：第一,確定了使用格子Boltzmann方法對地下礦井下突水進行數(shù)值模擬,選擇了與水流體相對應 D2G9模型,不同的模型有不同的邊界處理方法,在這基礎上提出了格子 Boltzmann突水數(shù)值模擬計算模型,確定數(shù)值模擬程序的開發(fā)流程算法,最終通過計算機程序對簡單平巷巷道進行數(shù)值計算。第二,選取比較復雜的巷道結構,該結構

3、具有‘Y’型和‘+’型常見巷道結構。為了使得數(shù)值計算結果更為精確,采用了復雜巷道分塊計算方法,通過對復雜流場分塊,對各個分塊獨立進行計算,并分塊流場邊界進行數(shù)據(jù)交換處理。詳細說明了格子Boltzmann方法中的各個格點發(fā)生遷移演變過程。成功實現(xiàn)了在這種復雜結構中突水水災蔓延模擬過程。第三,選取了一個簡單的豎井結構,通過對格子Boltzmann演化方程的變換推導,找到了一種可以適用于外力項的演化方程。為了節(jié)省計算資源,提出了雙網(wǎng)格并行計算