- Tytuł:
-
Experimental and numerical analysis of the air flow in T-shape channel flow
Eksperymentalna i numeryczna analiza przepływu powietrza przez skrzyżowanie kanałów w kształcie litery T - Autorzy:
-
Szmyd, J.
Branny, M.
Karch, M.
Wodziak, W.
Jaszczur, M.
Nowak, R. - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/219603.pdf
- Data publikacji:
- 2013
- Wydawca:
- Polska Akademia Nauk. Czytelnia Czasopism PAN
- Tematy:
-
przepływ przez skrzyżowanie kanałów o kształcie T
PIV
walidacja kodów CFD
wentylacja kopalń
T-shape channel flow
validation of CFD codes
mining ventilation - Opis:
-
This paper presents the results of experimental and numerical investigations of air flow through the crossing of a mining longwall and ventilation gallery. The object investigated consists of airways (headings) arranged in a T-shape. Maintained for technological purposes, the cave is exposed particularly to dangerous accumulations of methane. The laboratory model is a certain simplification of a real longwall and ventilation gallery crossing. Simplifications refer to both the object’s geometry and the air flow conditions. The aim of the research is to evaluate the accuracy with which numerical simulations model the real flow. Stereo Particle Image Velocimetry (SPIV) was used to measure all velocity vector components. Three turbulence models were tested: standard k-ε, k-ε realizable and the Reynolds Stress Model (RSM). The experimental results have been compared against the results of numerical simulations. Good agreement is achieved between all three turbulence model predictions and measurements in the inflow and outflow of the channel. Large differences between the measured and calculated velocity field occur in the cavity zone. Two models, the standard k-ε and k-ε realizable over-predict the measure value of the streamwise components of velocity. This causes the ventilation intensity to be overestimated in this domain. The RSM model underestimates the measure value of streamwise components of velocity and therefore artificially decreases the intensity of ventilation in this zone. The RSM model provides better predictions than the standard k-ε and k-ε realizable in the cavity zone.
Przedmiotem badań jest walidacja wybranych modeli CFD (Computational Fluid Dynamics) przy przepływie powietrza przez laboratoryjny model skrzyżowania kanałów w kształcie litery T. Stanowisko laboratoryjne przedstawia uproszczony model skrzyżowania ściany z chodnikiem wentylacyjnym. Przyjęto, że przepływ powietrza jest ustalony i izotermiczny. Dla tych warunków z równości liczb Reynoldsa w modelu i obiekcie rzeczywistym wynika warunek podobieństwa uśrednionych pól prędkości (przy załozeniu nieściśliwości powietrza). Pomiar składowych wektora prędkości wykonano metodą SPIV (Stereo Particle Image Velocimetry). W pracy testowano trzy modele turbulencji: standardowy model k-ε, jego modyfikację k-ε „realizable” oraz model naprężeń Reynoldsa (Reynolds Stress Model). Obliczenia numeryczne dla warunków identycznych jak w eksperymencie wykonano przy zastosowaniu programu FLUENT. Zadawalającą zgodność pomiędzy pomiarami i obliczeniami wszystkimi trzema modelami turbulencji uzyskano w kanałach zarówno po stronie dopływu jak i wypływu strumieniem powietrza ze skrzyżowania. Natomiast w strefie wnęki żaden z testowanych modeli nie wykazał pełnej zgodności z wynikami eksperymentalnymi. Do oszacowania dokładności z jaką symulacje numeryczne odwzorowują przepływ rzeczywisty w strefie wnęki wykorzystano wskaźnik charakteryzujący czas zaniku cząstek znacznikowych wprowadzonych do przepływu. Obliczenia wykonano dla dwóch modeli turbulencji: standardowego k-ε oraz modelu RSM. Czas potrzebny do rozrzedzenia początkowej koncentracji gazu znacznikowego do określonego poziomu - w przedziale koncentracji względnej od 0,3 do 0,1 - uzyskany z obliczeń standardowym modelem k-ε jest krótszy o 32%-27% od czasu wynikającego z pomiarów podczas gdy model RSM przeszacowuje wartości mierzone wartości koncentracji gazu o 18%-27%. Dwa z testowanych modeli, mianowicie standardowy k-ε i k-ε „realizable” przeszacowują mierzone wartości składowych wzdłużnych wektora prędkości. Konsekwencją tego jest sztuczne zawyżenie intensywności wentylacji we wnęce. Z kolei model RSM niedoszacowuje mierzone wartości składowych wzdłużnych wektora prędkości co powoduje zaniżenie rzeczywistej intensywności wentylacji tej strefy. Z przeprowadzonych badań wynika, że w obszarze wnęki rezultaty uzyskane modelem RSM są bliższe do wartości mierzonych niż prognozowane standardowym modelem k-ε i modelem k-ε „realizable”. - Źródło:
-
Archives of Mining Sciences; 2013, 58, 2; 333-348
0860-7001 - Pojawia się w:
- Archives of Mining Sciences
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł