【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟方法。
技术介绍
1、乳化炸药因其强大的耐水性、优异的爆炸性能、成本低廉和低环境污染而广泛应用于采矿业的爆破作业。当使用乳化炸药开采硫化物矿床时，破碎和暴露的硫化物矿石容易与乳化炸药发生放热反应，使炮孔内的热量聚集，温度上升，甚至导致炸药自发爆炸。事实上，这是一个自催化过程，含硫矿石降低了炸药的分解温度和表观活化能。由于含硫矿石引起的炸药自发或早期爆炸，导致了人员伤亡、经济损失、环境污染等一系列问题。硫化物矿爆炸自爆事故影响了矿山生产的正常、安全、高效运行，因此有必要对硫化物矿诱发炸药爆炸自爆进行研究。
2、目前对含硫矿石诱导炸药自爆的研究主要分为四部分：炸药自爆机理、炸药自爆危险性评价、炸药自爆防治技术和炸药自爆模拟实验。其中，对含硫矿石诱导炸药自爆机理的研究更受研究者的关注。特别地，研究者主要采用热分析技术研究硝酸铵和硫化物矿石混合体系的放热特性和活化能变化。总体而言，对爆炸自爆机理的研究已经较为完整。虽然已经建立了一些爆炸自爆的风险评价指标和模型，但这些风险评价方法的系统性和完整性较弱。这一限制反映在缺乏方法上的共性和对指标的考虑不充分，例如没有考虑使用炮孔的温度和生成气体的浓度来评估爆炸风险。在炸药自爆防治技术中，安全炸药开发研究相对较多。实际上，除了安全炸药外，还可以从降低炮孔温度的角度来防止炸药自发爆炸。然而，由于缺乏对炮孔温度变化的研究，阻碍了这种预防措施的发展。缺乏对爆孔内温度和流体场的了解不利于相关研究的进展，也影响了硫化物矿山的安全开采。因此，有必
3、近年来，许多研究领域利用数值模拟技术探索温度和流体场，如煤矿开采、火灾和工业危险废物。在炸药自爆模拟中，主要研究了不同因素(如矿样物理参数和炸药类型)下炸药的温度变化。然而，对炮孔温度和流体场的模拟研究存在空白，例如缺少装载炸药前后的温度变化规律。确定含硫矿石与乳化炸药反应下的温度迁移规律，有利于炸药自爆倾向性研究的温度测量点分布；缺少反应生成气体的浓度分布规律。监测气体浓度的变化可以反映反应的强度，也是预测炸药自爆倾向性的一种方法；缺乏由于炮孔本身引起的温度和流体场动态变化特征。了解炮孔自身影响因素，这有利于新型炸药自爆防控技术的发展。鉴于此，开发一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟的方法，以解决含硫矿石诱导炸药自爆的研究局限性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的问题做出改进，提供一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟方法。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟方法，包括：
3、步骤s1、建立炮孔的温度场与流体场几何模型，对模拟条件进行假设；
4、步骤s2、根据炮孔内部热量传递方式，构建基本守恒方程和边界条件；
5、步骤s3、根据炮孔内部流体运动基本特征，建立基本守恒方程和边界条件；
6、步骤s4、确定模拟基本参数，并通过改变参数值获得炮孔的温度场与流体场动态规律。
7、在本专利技术一实施例中，步骤s1中温度场研究的炮孔采用横向建模，网格划分方式选择物理场控制，网格单元大小选择极细化，共构建1114个自由三角形网格单元，网格平均单元质量80.53％。
8、此外，在保证模拟准确性的基础上，设置6条假设条件，具体的，步骤s1中温度场研究的假设为：将所分析炮孔区域视为稳定传热介质；硫化矿石和乳化炸药的密度、比热容、导热系数为某一固定常量；硫化矿石材料均匀连续；炮孔内所包含的传热方式为矿石内部热传导，矿石和炸药之间热传导，硫化矿石氧化放热，炸药分解反应放热，炸药与硫化矿石反应放热，炮孔与外部空气的对流换热；不考虑矿石表面、炸药表面及环境等的热辐射；忽略热传导过程中的损耗。
9、在本专利技术一实施例中，步骤s1中流体场研究的炮孔采用纵向建模，网格划分方式选择物理场控制，网格单元大小选择极细化，共创建3720个网格单元，网格平均单元质量87.29％。
10、此外，做出5条假设以简化模拟计算，具体的，步骤s1中流体场研究的假设为：含硫矿石与炸药反应生成气体速率与炮孔温度保持规律增长，且生成气体流速稳定；含硫矿石、炸药的物性参数(密度、导热系数、恒压热容等)保持不变；炮孔外部温度稳定，氧气浓度21％；考虑重力对气体流动的影响；忽略温度对炮孔气体动力粘度的影响，将炮孔内气体视为理想气体。
11、在本专利技术一实施例中，步骤s2中炮孔内部热量传递方式主要为热传递和热对流，热辐射能量远小于热传递和热对流，因此不考虑炮孔的热辐射。
12、在本专利技术一实施例中，步骤s2中基本守恒方程为能量守恒方程，边界条件为初始温度条件、绝缘边界和对流换热边界。具体的，步骤s2中基本守恒方程和边界条件如下所示：
13、
14、式中，ρ—密度，kg/m3；cp—恒压热容，j/(kg·k)；u—流体速度矢量，m/s；t—温度，k；t—时间，s；λ—导热系数，w/(m·k)；p—压力，pa；q—热源，w/m3；t0—初始温度，k；γ1—热绝缘边界；γ2—对流换热边界；n—边界的向外法线；h—对流换热系数，w/(m2·k)；tg—与对流换热边界接触的外界空气的温度，k。
15、在本专利技术一实施例中，步骤s3中基本守恒方程为质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分运输方程；边界条件为初始压力和流速条件、无滑移壁边界和无通量边界。具体的，步骤s3中基本守恒方程和边界条件如下所示：
16、
17、式中，ρ—流体密度，kg/m3；u—流体速度矢量，m/s；q—控制体内源/汇项，kg/(m3·s)；u—流体平均速度矢量，m/s；p—流体平均压力，pa；μ—流体动力粘度，pa·s；μt—湍流粘度，pa·s；i—单位矩阵矢量；f—外力，n/m3；ci—物质i的浓度，mol/m3；di—物质i的扩散系数，m2/s；d为物质的扩散系数；c为物质的浓度；ri—组分源项/汇项，mol/(m3·s)；p0—炮孔内部流体初始压力；u0—炮孔内部流体初始速度；n—边界的向外法线；g1—无滑移壁；g2—无通量边界。
18、在本专利技术一实施例中，步骤s4中炮孔温度场的模拟参数涉及硫化矿石、炸药、空气的热物性参数，炮孔几何模型尺寸，初始温度，硫化矿石、炸药的放热强度等。
19、在本专利技术一实施例中，步骤s4中炮孔流体场的模拟参数涉及空气、硫化矿石、乳化炸药等的密度、导热系数、恒压热容等。
20、相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术设计合理，通过构建炮孔温度场和流体场的物理模型和数学模型，能有效分析炮孔内温度迁移规律和流体动态变化特征。
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1.一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟方法，其特征在于，步骤S1中温度场研究的炮孔采用横向建模，网格划分方式选择物理场控制，网格单元大小选择极细化；此外，在保证模拟准确性的基础上，设置6条假设条件。
3.根据权利要求1所述的一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟方法，其特征在于，步骤S1中流体场研究的炮孔采用纵向建模，网格划分方式选择物理场控制，网格单元大小选择极细化；此外，做出5条假设以简化模拟计算。
4.根据权利要求1所述的一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟方法，其特征在于，步骤S2中炮孔内部热量传递方式包括热传递和热对流。
5.根据权利要求1所述的一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟方法，其特征在于，步骤S2中基本守恒方程为能量守恒方程，边界条件为初始温度条件、绝缘边界和对流换热边界。
6.根据权利要求1或5所述的一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟方法，其特征在于，步骤S2中基本守恒方程和边界条件如下所示：
7.根
8.根据权利要求1或7所述的一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟方法，其特征在于，步骤S3中基本守恒方程和边界条件如下所示：
9.根据权利要求1所述的一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟方法，其特征在于，步骤S4中炮孔温度场的模拟参数涉及硫化矿石、炸药、空气的热物性参数，炮孔几何模型尺寸，初始温度，硫化矿石、炸药的放热强度。
10.根据权利要求1所述的一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟方法，其特征在于，步骤S4中炮孔流体场的模拟参数涉及空气、硫化矿石、乳化炸药的密度、导热系数、恒压热容。
...【技术特征摘要】
1.一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟方法，其特征在于，步骤s1中温度场研究的炮孔采用横向建模，网格划分方式选择物理场控制，网格单元大小选择极细化；此外，在保证模拟准确性的基础上，设置6条假设条件。
3.根据权利要求1所述的一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟方法，其特征在于，步骤s1中流体场研究的炮孔采用纵向建模，网格划分方式选择物理场控制，网格单元大小选择极细化；此外，做出5条假设以简化模拟计算。
4.根据权利要求1所述的一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟方法，其特征在于，步骤s2中炮孔内部热量传递方式包括热传递和热对流。
5.根据权利要求1所述的一种含硫矿石诱导乳化炸药自爆数值模拟方法，其特征在于，步骤s2中基本守恒方程为能量守恒方程，边界条件为初始温度条件、绝缘边界和对流换热边界。
6.根据权利要求1...
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