计算物理 ›› 2021, Vol. 38 ›› Issue (4): 456-464.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8295
收稿日期:
2020-10-29
出版日期:
2021-07-25
发布日期:
2021-12-21
通讯作者:
牛奕
作者简介:
杨展康(1997-), 男, 研究生, 研究方向为地下矿井污染气体分布, E-mail: yzkwhut@163.com
基金资助:
Zhankang YANG(), Yi NIU(
)
Received:
2020-10-29
Online:
2021-07-25
Published:
2021-12-21
Contact:
Yi NIU
摘要:
根据计算流体力学以及氡的物理性质,建立具有硐室的独头巷道内氡的三维稳态传输模型,采用Fluent软件求解控制方程,使用UDF实现巷道内壁氡的析出和氡的衰变,得到独头巷道内的风场结构及氡的浓度分布。研究发现:通风量一定时,温度对氡的浓度影响显著,巷道内温度越高,巷道各处氡浓度越高。整个巷道硐室氡浓度最大,相比于修建防氡围护,对硐室采用局部通风,降氡效果更好。采用压入式通风时,巷道内氡浓度由内向外递增,提高巷道的通风率能够有效地降低巷道入口的氡浓度,但对硐室内氡浓度影响不大。
中图分类号:
杨展康, 牛奕. 温度及围护通风对独头巷道氡浓度分布的影响[J]. 计算物理, 2021, 38(4): 456-464.
Zhankang YANG, Yi NIU. Influence of Temperature, Enclosure and Ventilation on Radon Concentration Distribution in a Blind Roadway[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2021, 38(4): 456-464.
材料 | 密度/(kg·m-3) | 摩尔质量/(g·mol-1) | 导热系数/(w·m-1·K) | 粘性系数/(pa·s)[ | 比热容/(J·kg-1·K) |
空气 | 1.225 | 29 | 0.024 2 | 1.789 8×10-5 | 1 006.43 |
氡 | 9.73 | 222 | 0.003 6 | 1.8×10-5 | 96.33 |
表1 模型中材料的物性参数
Table 1 Physical parameters of materials in the model
材料 | 密度/(kg·m-3) | 摩尔质量/(g·mol-1) | 导热系数/(w·m-1·K) | 粘性系数/(pa·s)[ | 比热容/(J·kg-1·K) |
空气 | 1.225 | 29 | 0.024 2 | 1.789 8×10-5 | 1 006.43 |
氡 | 9.73 | 222 | 0.003 6 | 1.8×10-5 | 96.33 |
工况 | 风机送风口A | 巷道入口 | 巷道内壁 | 温度/℃ | 巷道内壁氡析出率/(Bq·s-1·m-2) | 氡的扩散系数/(cm2·s-1) |
Case 1 | 为速度入口,风速为8 m·s-1,氡的组分设置为0,湍动能为3.57 %,特征长度为0.3 m | 采用自然出流出口边界条件 | 设置为壁面,且壁面无滑移,绝热 | 20 | 0.140 1 | 0.032 8 |
Case 2 | 25 | 0.184 1 | 0.045 3 | |||
Case 3 | 30 | 0.228 1 | 0.057 8 |
表2 各工况的边界条件
Table 2 Boundary conditions of working conditions
工况 | 风机送风口A | 巷道入口 | 巷道内壁 | 温度/℃ | 巷道内壁氡析出率/(Bq·s-1·m-2) | 氡的扩散系数/(cm2·s-1) |
Case 1 | 为速度入口,风速为8 m·s-1,氡的组分设置为0,湍动能为3.57 %,特征长度为0.3 m | 采用自然出流出口边界条件 | 设置为壁面,且壁面无滑移,绝热 | 20 | 0.140 1 | 0.032 8 |
Case 2 | 25 | 0.184 1 | 0.045 3 | |||
Case 3 | 30 | 0.228 1 | 0.057 8 |
工况 | 风机送风口A | 风机送风口B /(m·s-1) | 巷道入口 | 巷道内壁 | 温度/℃ | 巷道内壁氡析出率/(Bq·s-1·m-2) | 氡的扩散系数/(cm2·s-1) |
Case 1~3 | 设置为速度入口,风速均为8 m·s-1,氡的组分设置为0,湍动能为3.57 %,特征长度为0.3 m | 0.1 | 采用自然出流出口边界条件 | 设置为壁面,且壁面无滑移,绝热 | 20 25 30 | 0.140 1 0.184 1 0.228 1 | 0.032 8 0.045 3 0.057 8 |
Case 4~6 | 0.3 | ||||||
Case 7~9 | 0.5 | ||||||
Case 10~12 | 1 |
表3 各工况的边界条件
Table 3 Boundary conditions of working conditions
工况 | 风机送风口A | 风机送风口B /(m·s-1) | 巷道入口 | 巷道内壁 | 温度/℃ | 巷道内壁氡析出率/(Bq·s-1·m-2) | 氡的扩散系数/(cm2·s-1) |
Case 1~3 | 设置为速度入口,风速均为8 m·s-1,氡的组分设置为0,湍动能为3.57 %,特征长度为0.3 m | 0.1 | 采用自然出流出口边界条件 | 设置为壁面,且壁面无滑移,绝热 | 20 25 30 | 0.140 1 0.184 1 0.228 1 | 0.032 8 0.045 3 0.057 8 |
Case 4~6 | 0.3 | ||||||
Case 7~9 | 0.5 | ||||||
Case 10~12 | 1 |
工况 | 风机送风口A /(m·s-1) | 风机送风口C /(m·s-1) | 风机送风口D /(m·s-1) | 其余边界条件 | 其他 |
Case 1 | 24 | 0 | 0 | 巷道入口采用自然出流出口;巷道内壁设置为壁面,且壁面无滑移,绝热 | 温度30 ℃,巷道内壁氡析出率0.228 1 Bq·s-1·m-2,氡的扩散系数0.057 8 cm2·s-1 |
Case 2 | 16 | 0 | 0 | ||
Case 3 | 8 | 0 | 0 | ||
Case 4 | 8 | 6 | 2 |
表4 各工况的边界条件
Table 4 Boundary conditions of working conditions
工况 | 风机送风口A /(m·s-1) | 风机送风口C /(m·s-1) | 风机送风口D /(m·s-1) | 其余边界条件 | 其他 |
Case 1 | 24 | 0 | 0 | 巷道入口采用自然出流出口;巷道内壁设置为壁面,且壁面无滑移,绝热 | 温度30 ℃,巷道内壁氡析出率0.228 1 Bq·s-1·m-2,氡的扩散系数0.057 8 cm2·s-1 |
Case 2 | 16 | 0 | 0 | ||
Case 3 | 8 | 0 | 0 | ||
Case 4 | 8 | 6 | 2 |
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