[发明专利]一种集成求解矿井风网与采空区流场耦合模型的有限流管法

权利要求书

1.一种集成求解矿井风网与采空区流场耦合模型的有限流管法，其特征在于：使用有限流管法将采空区流场转换成一维管流，与井巷风网形成新的耦合网络，通过采用回路风量法的耦合风网与采用有限元法的采空区流场之间迭代解算，得到矿井风网与采空区流场耦合模型的最终解。

2.根据权利要求1所述的一种集成求解矿井风网与采空区流场耦合模型的有限流管法，其特征在于：所述采空区流场是各向同性非均匀介质渗流，符合达西定律(假定为线性渗流)：式中V表示渗流速度，P为采空区中的压力函数；K为渗透系数，由于采空区瓦斯涌出量或氧的消耗量远小于采空区漏风量，则采空区内的连续性方程为：在U形工作面的采空区，得到采空区线性渗流的定解数学模型为(3)式微分方程，

式中采空区与风网连接处的边界L1取为压力边界，对其它不漏风的边界L2取为流量边界，G为整个采空区区域；p0代表L1上的已知压力值；n_x，n_y表示边界外法线上单位向量的分量。

3.根据权利要求1所述的一种集成求解矿井风网与采空区流场耦合模型的有限流管法，其特征在于：所述(1)式的有限元解是指将采空区离散成有限元单元后，用每个单元上的压力插值函数P_Δ(x,y)来代替P(x,y)，这个插值函数为：P_Δ(x,y)＝N_iP_i+N_jP_j+N_kP_k(4)，式中P_i，P_j，P_k是三角形单元的三个节点(按逆时针方向编号为i、j、k)；N_i，N_j，N_k是插值基函数，记A_Δ为单元面积，N_i＝(a_i+b_ix+c_iy)/(2A_Δ)，N_j＝(a_j+b_jx+c_jy)/(2A_Δ)，N_k＝(a_k+b_kx+c_ky)/(2A_Δ)，a_i＝x_jy_k-x_ky_j，b_i＝y_j-y_k，c_i＝x_k-x_j，a_j＝x_ky_i-x_iy_k，b_j＝y_k-y_i，c＝x_i-x_k，a_k＝x_iy_j-x_jy_i，b_k＝y_i-y_j，c_k＝x_j-x_i，对(3)式采用标准的伽辽金有限元法可求得采空区所有节点的压力，将(4)式代入(1)得到所有单元上的流速V。