矿井通风网络优化软件及其应用

矿井通风网络优化软件及其应用

SeriesNo.337金

July　2004

　　属　　矿　　山

METALMINE

总第337期

2004年第7期

矿井通风网络优化软件及其应用

王海宁　吴　超

(中南大学)

摘　要　介绍了通风网络优化软件的数学模型及其特点现场应用实践的结果表明,。显示该软件先进可靠,在Windows关键词VNetworkOptimizingSoftwareandItsApplication

WangHaining　WuChao

(CentralSouthUniversity)

Abstract　Themathematicalmodelsandfeaturesofmineventilationnetworkoptimizingsoftwarearepresented.ItwasusedtooptimizetheventilationsystemtransformationschemeofamineinAnhui.Aftertheexecutionoftheopti2mizedscheme,themineventilationeffectwasevidentlyimproved.Thissoftware,advancedandreliable,canhavegoodvisualizationeffectwhenrunningonWindowsoperationplatform.

Keywords　Mineventilation,Networkoptimization,Software,Application

　　从1953年Scott和Hinsley首先使用计算机来解决通风网络问题开始,到20世纪60年代末,在世

界范围内,计算机已广泛用于矿井通风系统的设计和分析。总结近几十年有关矿井通风网络分析方面的文献[1～15],可以看出矿井通风网络模拟变得越来越完善,也越来越实用,目前已有大量有关矿井通风的软件用于解决地下开采中出现的不同问题。

国外矿井通风网络分析软件,如VENTSIM、MIVENDES、VENDIS、PSU/MVS、MFIRE等可处理多节点、多风机复杂通风系统,考虑自然风压、局部风阻、漏风、固定风量等参数,可做风温、柴油机尾气、瓦斯和火灾烟气浓度的计算,可绘制通风网络图和进行网络分析、模拟和设计。国内科技人员在这方面也做了大量的工作,中国矿业大学、中南大学、辽宁科技大学、武汉安环院、昆明理工大学等都开发了类似软件,功能具有国际先进水平。本文应用的软件是基于上述基础开发的,该软件具有以上国内外相关软件的功能。1　数学模型1.1　数学模型

矿井通风网络分析程序常用Hardy-Cross迭代法。由风网风压平衡方程

62

B

j=1

∑a

kjQj=0,k=1,2,…,N-1,　(1)

和节点风量平衡方程

N-1

i=1

∑a

ijpi=RjQj|Qj|-Hfj-Hej,

(2)　j=1,2,…,B,

联立的方程组为非线性方程组,假设拟线性风阻为

(3)Cj=1/|RjQj|,j=1,2,…,B,

将式(3)代入式(2)、再代入式(1)得求解节点风压和

分支风量的迭代方程

N-1

B

B

i=1

∑　∑　a

j=1B

ijakjCjpi=-

j=1

∑Ca

jkj

(Hfj+Hcj),

(4)

k=1,2,…,N-11

令:

xki=

j=1

∑a

B

ijakjCj,k=1,2,…,N

-1;

　i=1,2,…,N-1,

yk=-j=1

∑a

kj(Hfj+Hcj)Cj,k=1,2,…,N-1,

王海宁,中南大学,博士生,联系地址:341000江西省赣州市红旗大道南方冶金学院学科办。

矿井通风网络优化软件及其应用

　　　王海宁等:矿井通风网络优化软件及其应用　　　　　　　　　　　　　　　　2004年第7

期则式(4)可简写为

N-1i=1

220个节点、151个独立网孔、350个恒压源、5种不

(5)

∑

xkipi=yk,k=1,2,…,N-11

同类型的16台风机同时运行的网络,还可随意扩展。具有特点:a.计算速度快,精度高,可靠性好;b.可考虑局部风阻、节点漏风、固定风量、风机的安装位置、自然风压,以及网孔中的各种阻力、总阻力、风阻调节量等;c.能自动计算打印网络解算的精度、迭代计算次数及各种提示信息3　　上式即为拟线性求解的数学模型,此式可求得

pi,但由于拟线性化处理,初设风量Qj与实际风量不相等,故式(5)为近似方程,需反复迭代计算。各

3

式中,Q0j为初设j分支风量,m/s;aij为关联矩阵A的i行j列元素;Rj为j分支风阻,kg s2/m3;pi为i结点风压,Pa;Hfj、Hej为j分支通风动力、位压差,Pa。1.2　计算步骤

给定初设风量QjQ0j计算拟线性风阻Cj及风机压力Hfj;c.计算xki、yk值;d.解方程组(5)求节点压力pi;e.由式(2)计算分支风量Qj;f.比较Qj与Q0j,当满足精度要求时,进行第g步,否则,令Q0j=Qj返回第b步;g.计算分支风速、通风阻力、风机压力等参数,输出计算结果。2　软件介绍

本软件主要分为3大模块:数据输入模块、风网解算模块和数据输出模块。风网和风机原始数据为全局变量,其它计算变量则由参数在各模块之间传递,从而避免了一些不必要的参数传递,提高了运行速度。程序运行之前须准备好一个原始数据文件DIN,其数据结构为:分支始点和终点、分支摩擦阻力、分支自然风压、分支初设风量(不为0)、固定风量分支、风机原始数据、风机位置及风机编号等,该原始数据在程序运行开始由DIN模块读入内存。风网解算模块是该程序的主体部分,其中包括风阻解算、基本关联矩阵解算、风网解算等过程。由于采用节点风压法,程序编制比较简单、思路清晰,采用全选主元素法子程序解算节点压力方程组,迭代速度较快,对于具有100个节点、120条分支的算例,只需2秒钟迭代40次即可解算出结果,其结果自动生成DOUT文件输出。程序的运行速度与初设风量有一定的关系,如果初设风量不合适,其结果很可能发散;初设风量合适,迭代收敛的速度很快。因此,在程序运行之前一定要对初始风量进行比较精确地设置。

矿井通风系统优化软件使用的语言各异,有Fortran,VisualBasic和VisualC++等,本文应用的计算 …… 此处隐藏：3477字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……