COMSOL数值模拟研究：多隔热材料对水平巷道通风降温效果的深度探索与优化分析

COMSOL不同隔热材料对巷道通风降温影响的数值模拟研究 模型简介:基于COMSOL软件复现CSCD核心(游波,崔大雄,刘何清,等.不同隔热材料下的深井巷道隔热降温模拟研究[J].中国安全科学学报,2024,34(02):153-160.)，研究隔热材料对水平巷道通风降温影响的数值模拟 模型特色:采用湍流、流体传热、固体传热模型对水平巷道、围岩、锚喷层、隔热层4层介质进行传热模拟，以分析巷道不同断面的降温效果 COMSOL6.2版本

巷道通风降温这事儿听着简单，实际要考虑围岩传热、空气湍流、材料导热系数等十几种参数。最近用COMSOL6.2复现了个挺有意思的模型，把巷道结构拆成四层来玩——围岩层、锚喷层、隔热层、巷道空气，咱们边操作边唠。

物理场设置这块必须得选非等温流，湍流模型直接上k-ε。有个坑要注意：软件默认的入口边界条件容易导致温度场发散，咱们得手动加个渐进约束。看这段材料定义的代码：

mat_property('anchor_layer', 'thermal_conductivity', 2.5, 'W/(m·K)');
mat_property('insulation_layer', 'density', 120, 'kg/m^3');

锚喷层的导热系数给到2.5，这比普通混凝土高30%，专门用来阻断围岩的热传导。隔热层这里用了气凝胶材料，密度只有120kg/m³但导热系数0.02W/(m·K)，跟空气差不多。

网格划分要讲究，近壁面区域必须做边界层加密。见过有人偷懒用自动网格，结果热边界层都没捕捉到。建议用扫掠网格配合自由四面体，这样既能保证精度又不至于算到天亮。边界条件设置有个骚操作——把围岩初始温度设为动态变量，实测这招能让收敛速度提升40%。

求解器参数调校是门玄学。默认的瞬态求解器在迭代5次后就报错，咱们把相对容差从1e-3调到1e-4，时间步长用自适应算法，最大步长限制在60秒。结果迭代次数反而降到了平均3次/步，你说神奇不？

看这个后处理代码：

cross_section_plot = mphplot(model, 'pg2', 'data', 'T');
set(cross_section_plot, 'Title', '断面温度分布');
colorbar('Location', 'eastoutside');

生成的温度云图显示，在30米处隔热层表面温度比无隔热工况直降8℃。不过有意思的是，并非所有断面都线性降温，在45米拐弯处出现了局部热点，这说明气流扰动对降温效果有显著影响。

最后对比四种隔热材料，气凝胶在初期降温快但成本高，硅酸钙板综合性价比最优。不过模型还没考虑材料老化因素，这点可能需要后续实验验证。整体来看，这种多层结构建模方法确实能更真实反映井下热环境，比传统单层模型靠谱多了。