1.一种考虑环境湿度因素风流‑粉尘气固两相流动数值模拟方法，其特征在于，所述考虑环境湿度因素风流‑粉尘气固两相流动数值模拟方法包括：根据3401综采面的实际情况，采用SolidWorks构建工作面的等比例几何模型；将SolidWorks中所建立的几何模型的SLPRT文件另存为IGES格式文件；

将IGES文件读入ANSYS中的Geometry中，并生成Geometry文件，检查实体是否与SolidWorks中模型划分的实体一致；

将导入的模型进行规范命名，并将Geometry中的计算域设置为流体域；保存并关闭Geometry窗口，在Geometry树下更新操作；

将文件导入Mesh中；网格划分好后，将网格文件导入FLUENT进行参数设定；

将几何模型导入MESH，通过调节网格的曲率尺寸以及相邻网格之间的最小尺寸，使用四面体网格进行网格划分；

选取人体机理舒适的相对湿度为55％的工作条件，对模型进行独立性检验，通过调整网格数量及平滑度得到四组网格A、B、C、D；

利用FLUENT对MESH得到的网格进行计算，在工作面人行道区域的呼吸带高度等距选取

25个测点，得到风流速度，将所述风流速度作为网格独立性检验的验证参数；

自B组开始，继续增加网格密度；在后续的计算过程中，采用计算结果不再发生变化位置的计算网格数量作为网格数量基准；

选取B组作为最优模拟网格，最终得到模型非结构性网格；网格划分好后，将网格文件导入FLUENT进行参数设定；

在FLUENT中通过Compile选项编译模拟湿度场的UDF；在FLUENT中开启组分输运模型和k‑ε模型；

在稳态环境下，模拟综采工作面湿度场和风流场；迭代500步风流模拟，待计算完成后，导出“湿度环境i”风流场的data及case文件；

打开DPM模型，对该模型设置边界条件参数及尘源粉尘参数；参数设置完毕后，对“湿度环境i”进行50s瞬态模拟；

模拟完成后，导出data及case文件，并导出粉尘颗粒的xml文件；将data文件及xml文件导入CFD‑POST中，查看“湿度环境i”的粉尘运移扩散情况。

2.如权利要求1所述的考虑环境湿度因素风流‑粉尘气固两相流动数值模拟方法，其特征在于，所述采用SolidWorks构建工作面的等比例几何模型后，还包括：(1)在CFD‑POST通过设置风速云图、粉尘浓度等高线图、粉尘迹线图和粉尘浓度颗粒图对“湿度环境i”的粉尘分布情况进行讨论；

(2)在CFD‑POST中，在“湿度环境i”中取呼吸带高度的粉尘浓度数据进行等高线图绘制；其中，自移驾位置起开始测量粉尘浓度，并一直取数据至距离移驾处68.9m的位置。

3.如权利要求1所述的考虑环境湿度因素风流‑粉尘气固两相流动数值模拟方法，其特征在于，所述四组网格A、B、C、D的数量分别为2,246,077、3,181,060、3,695,216和3,754,

199；所述四组网格质量参数Skewness均不超过0.90，满足使用k‑ε模型模拟现场条件的标椎，表明网格质量良好。

4.如权利要求1所述的考虑环境湿度因素风流‑粉尘气固两相流动数值模拟方法与应用，其特征在于，所述组分输运模型的计算处理，包括：(1)在组分输运模型中设置综采工作面环境中水的质量分数；

(2)通过水的质量分数求出综采工作面环境的相对湿度；

(3)在边界条件设置中，设置移驾处、采煤机滚筒处多尘源同时释放粉尘颗粒；

(4)确定尘源的湍流强度和水利直径，分别设置为3.4％、2.9m；

(5)瞬态环境下模拟“湿度环境i”下50s的粉分布情况，计算完成后导出data及case文件；

(6)将xml文件中颗粒的所有信息全部导出。

5.如权利要求1所述的考虑环境湿度因素风流‑粉尘气固两相流动数值模拟方法，其特征在于，所述k‑ε模型的计算处理，包括：(1)将流体域设置稳态模拟同时规定重力的大小和方向；

(2)将进风口设置为inlet_velocity，出风口设置为outlet_pressure；

(3)将进风口风速大小设为1.5m/s，湍流强度3.3％，水利直径2.3m；

(4)将流体域进行初始化；

(5)稳态环境下迭代500步，计算完成后导出data及case文件。

6.如权利要求1所述的考虑环境湿度因素风流‑粉尘气固两相流动数值模拟方法，其特征在于，所述UDF的导入方法，包括：(1)在Fluent面板中选择Define，并点击Compile对UDF进行编译；

(2)随后在Add界面下选择UDF的计算机路径，点击Load进行加载；

(3)在User‑Defined Scalars中输入“1”执行UDF；

(4)最后在Boundary Conditions中的UDS界面设置UDF的参数。

7.如权利要求1所述的考虑环境湿度因素风流‑粉尘气固两相流动数值模拟方法，其特征在于，所述考虑环境湿度因素风流‑粉尘气固两相流动数值模拟方法中，假设综采工作面气流的流动运动符合连续介质假设、能量守恒定律和牛顿第二运动定律；首先，将风流和空气中的水蒸气视为连续相，并利用欧拉方法对综采工作面流体运动进行描述；之后，将粉尘颗粒视为离散相，并利用欧拉‑拉格朗日方法建立数学模型，模拟综采工作面的粉尘扩散过程；

3

空气中粉尘的运动是一种典型的气固两相流，综采工作面中雷诺数远大于4×10 ，则在紊流求解模型的选择中，采用Reynolds时均方程进行湍流模拟，利用k‑ε双方程进行求解并将瞬态的脉动量在时均化方程中进行表现，包括：气相连续性方程为：

Navier‑Stokes方程为：在k‑ε紊流模型中，紊流动能输运方程为：耗散率方程为：

当流动为紊流时，ANSYS Fluent将利用轨迹方程中的流体平均相速度u来预测颗粒的轨迹，则有：

‑3 2 ‑2 2 ‑3

式中，ρ为气体密度，kg·m ；k为湍动能，m·s ；ε为湍动能耗散率，m·s ；μ为层流黏

2 ‑2

性系数，Pa·s；μt为湍流黏性系数，Pa·s；gi为i方向上的重力加速度，m·s ；P为有效湍流‑3 ‑1

压力，Pa；Gk为湍动能由于平均速度梯度引起的产生项，kg·(s ·m )；C1ε、C2ε、Cμ、σε、σk的取值分别为1.44、1.92、0.09、1.00、1.30；Sk和Sε为自定义源项。

8.如权利要求7所述的考虑环境湿度因素风流‑粉尘气固两相流动数值模拟方法，其特征在于，利用组分输运模型中的组分输运方程和离散相模型中的欧拉‑拉格朗日方程建立数学模型，模拟综采工作面中的粉尘运动过程，包括：颗粒相互作用力平衡方程为：

‑1 ‑1

式中，mp为颗粒的质量，mg；up为颗粒的运动速度，m·s ；u为流体速度，m·s ；F为颗粒所受其他附加力，N，包括Magnus升力、Saffman升力、虚质量力、布朗力、热泳力等；ρ为气体‑3 ‑3

密度，kg·m ；ρp为颗粒密度，kg·m ； 为颗粒所受阻力，N；τr为颗粒松弛时间，公式为：

颗粒相连续性方程为：

质量守恒方程为：

组分输运方程为：

湍流中的质量扩散：

离散相和连续相之间的能量转换方程为：离散相和连续相之间的质量转换方程为：式中，Rep为雷诺数，dp为颗粒直径，m，Cd为阻力系数；dp为粒子直径，m；Si为相对湿度条件下离散相添 加创建速率的源项；Yi为每种物质的局部质量分数；Ji为扩散通量；Di,m为‑1

混合物中物质的质量扩散系数；DT,i为热扩散系数；T为温度，K为颗粒的质量流量，kg·s ；

Fother为交互应力，N；

对于k‑ε模型，颗粒轨迹受湍流作用的影响，假设颗粒的瞬时脉动流速符合高斯分布：而波动分量的均方值可以定义为：碰撞过程颗粒发生的临界偏移量O'Rourke表达式为：而f是由r1/r2决定的函数：‑1

式中，ζ为服从正态分布的随机数； 为脉动流速的均方根，m·s ；bcrit为实际碰撞参数，介于0和1之间；r1和r2为颗粒半径，m；韦伯数We是流体力学中的一个无量‑3

纲数， ρ为气体密度，kg·m ；Urel为两颗粒之间的相对速度，m/s；D为两颗粒的算术平均直径，m。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：根据3401综采面的实际情况，采用SolidWorks构建工作面的等比例几何模型；将SolidWorks中所建立的几何模型的SLPRT文件另存为IGES格式文件；

将IGES文件读入ANSYS中的Geometry中，并生成Geometry文件，检查实体是否与SolidWorks中模型划分的实体一致；

将导入的模型进行规范命名，并将Geometry中的计算域设置为流体域；保存并关闭Geometry窗口，在Geometry树下更新操作；

将文件导入Mesh中；网格划分好后，将网格文件导入FLUENT进行参数设定；

将几何模型导入MESH，通过调节网格的曲率尺寸以及相邻网格之间的最小尺寸，使用四面体网格进行网格划分；

选取人体机理舒适的相对湿度为55％的工作条件，对模型进行独立性检验，通过调整网格数量及平滑度得到四组网格A、B、C、D；

利用FLUENT对MESH得到的网格进行计算，在工作面人行道区域的呼吸带高度等距选取

25个测点，得到风流速度，将所述风流速度作为网格独立性检验的验证参数；

自B组开始，继续增加网格密度；在后续的计算过程中，采用计算结果不再发生变化位置的计算网格数量作为网格数量基准；

选取B组作为最优模拟网格，最终得到模型非结构性网格；网格划分好后，将网格文件导入FLUENT进行参数设定；

在FLUENT中通过Compile选项编译模拟湿度场的UDF；在FLUENT中开启组分输运模型和k‑ε模型；

在稳态环境下，模拟综采工作面湿度场和风流场；迭代500步风流模拟，待计算完成后，导出“湿度环境i”风流场的data及case文件；

打开DPM模型，对该模型设置边界条件参数及尘源粉尘参数；参数设置完毕后，对“湿度环境i”进行50s瞬态模拟；

模拟完成后，导出data及case文件，并导出粉尘颗粒的xml文件；将data文件及xml文件导入CFD‑POST中，查看“湿度环境i”的粉尘运移扩散情况。

10.一种采煤过程中控尘防尘的方法，其特征在于，所述采煤过程中控尘防尘的方法使用权利要求1～8任意一项所述的考虑环境湿度因素风流‑粉尘气固两相流动数值模拟方法。