在矿井生产过程中，由于矿车的移动会引发所谓的“活塞风”现象。活塞风是指在矿井巷道内，由于矿车移动而造成的空气流动现象，它会显著影响矿井的通风效果和安全。为了深入理解和掌握这一现象，学者们经常采用数值模拟的方法来分析矿井巷道内气流的动态特性。通过采用标准k-ε湍流模型，研究人员模拟了矿车运动时气流状态，并且探讨了不同条件下的风流速度场和压力场的分布特征及其变化规律。
在进行数值模拟时，首先需要构建准确的计算模型，其中包括矿井巷道的几何形状、矿车的尺寸（车长）、巷道的宽度等参数。这些参数对矿井内活塞风动力效应的分析至关重要，因为它们直接决定了气流的分布和流动特性。在本次研究中，模拟了不同车长和巷宽条件下，矿车运行时矿井巷道内风流速度场和压力场的变化。
为了更精确地模拟气流的湍流状态，所采用的k-ε湍流模型是一种广泛用于工程计算的半经验模型，它通过两个基本方程来描述湍流特性：k方程和ε方程。这两个方程分别代表了湍流动能及其耗散率。k-ε模型在矿井通风模拟中的应用有助于准确预测风流的分布情况，是研究矿井通风动力学问题的重要工具。
通过数值模拟，研究人员获得了矿井巷道内风速和压力分布的详细信息。例如，模拟结果显示，在不同的车长和巷道宽度条件下，矿车运动导致的风速和压力分布有显著差异。通过分析这些数据，可以得出影响活塞风动力效应的关键因素。例如，车长的增加会导致巷道内部的风速增大；巷道宽度的减小可能会使得风速升高，压力梯度增大，形成较强的活塞风。
在数值模拟过程中，还会涉及到一些计算流体动力学（CFD）的专业软件，如Gambit用于建立模型和网格划分，Fluent用于进行计算和模拟。这些软件通常具备处理复杂边界条件的能力，能够模拟出气流在矿井巷道中的实际流动情况。通过这些软件的帮助，研究人员可以更加直观地观察到矿车运动时巷道内风流的运动状态，以及可能形成的风速、压力异常区域。
除了标准的k-ε模型之外，还会使用一些先进的技术来提高模拟的精度，比如在压力场计算中采用Green-Gauss体积积分方法和Navier-Stokes方程。这些技术的应用可以使得模拟结果更加接近实际情况，提高数值模拟的实用性和可信度。
文章还提及了实验和模型建立过程中的参数设定，如使用 SIMPLE（半隐式压力链接方程）算法进行压力和速度场的耦合计算，以及在边界条件设置中，模拟了不同风速条件下的矿车运行，观察风速在巷道中的传播和衰减过程。
通过这些数值模拟和分析，可以为矿井通风系统的设计和优化提供理论依据，进而提高矿井通风效率和工作环境的安全性。这对于矿井生产安全及人员健康具有重要的实际意义。同时，这些研究结果和方法也能为类似领域的研究提供参考和借鉴。
