煤矿开采机械化水平越来越高,煤炭产量提高的同时粉尘的产生量也越来越大。粉尘容易引发尘肺病和爆炸灾害,是煤矿安全生产应该重点关注的问题之一。由于巷道通风时风流为湍流状态,粉尘在风流中的运移及沉降过程复杂,导致粉尘运动规律的研究很不完善。风流的流动机理及粉尘输运动力学模型的研究,对解决煤矿粉尘问题具有重要的理论意义和实际应用价值。风流是研究巷道内粉尘运动的基础。通风过程中产生的阻力影响了风流的分配,进而影响到粉尘的分布。目前很多学者只从力学角度分析了通风阻力与壁面切应力的平衡关系,实际上通风阻力不仅仅存在于巷道壁面处。论文基于流体力学理论,从能量角度进行分析,确定了通风阻力的本质是能量耗散,证实了通风阻力存在于巷道风流中的各个空间点上。分析了巷道风流分别为层流和湍流时,能量耗散与巷道环境参数间的关系,发现能量耗散越大,风流速度越低。借助平板和圆筒壁,对流体的无旋流动和有旋流动进行分析,发现不论巷道风流是层流还是湍流,它们产生能量耗散的机理是一样的,即风流能量耗散仅与动力粘性系数和剪切速度梯度有关。涡在巷道通风过程中主要起到减小时均速度梯度,增大局部剪切速度梯度的作用。粉尘浓度扩散系数和粉尘在湍流中的运动速度是研究煤矿风流中粉尘问题的关键参数。目前这些参数主要依据类似、假设或统计等方法建立,缺乏物理意义。论文从介观尺度出发,根据能量守恒定律,确定了湍流核心区能量耗散与涡初始动能之间的关系。根据涡的结构特点,建立了风流动量扩散系数模型,结合粉尘粒径建立了粉尘浓度扩散系数模型,明确了扩散系数与粗糙度、巷道半径、风速、粉尘粒径间的关系。对粉尘在湍流中受力进行分析,建立了粉尘沿重力方向和风流方向的运动速度表达式,明确了粉尘在巷道风流中的运动主要由重力沉降、风流时均速度及湍流扩散三类作用引起。数值模拟是研究粉尘输运问题的重要方法。目前适合粉尘模拟的模型大多是通过类比、统计等方法建立的,虽然在数据上能获得与实际相近的结果,但是由于这些模型缺乏物理依据,不利于分析实际因素对粉尘输运带来的影响。基于质量守恒定律,分析粉尘在微元体内的质量变化,建立体现巷道、风流及粉尘间关系的粉尘输运动力学模型。该模型既考虑了粉尘在重力方向的速度滑移效应,又兼顾了湍流扩散的影响,粉尘输运动力学模型与连续方程、雷诺方程组成了新的气固两相流方程组。在不同速度、粗糙度及粉尘粒径下,将粉尘输运动力学模型的UDF模拟结果与采用可实现k-ε模型、随机游走模型的Fluent模拟结果进行对比,确定了风流动量扩散系数表达式和粉尘浓度扩散系数表达式。结合施密特数及风流动量扩散系数表达式,确定了物理意义明确的湍流粘性系数。证明了通风阻力越大,粉尘浓度扩散系数越大。对三种粒径的粉尘进行巷道通风实验,获得中心粉尘浓度、粉尘沉降量及局部粉尘浓度,确定粉尘在风流中的运动方式包括重力沉降、水平运移及湍流扩散。实验结果与UDF模拟结果进行对比,验证了粉尘输运动力学模型的准确性。论文围绕巷道风流能量耗散、粉尘浓度扩散系数、粉尘输运动力学模型进行了研究。具体而言,创新点主要有以下三点:（1）明确了通风阻力的本质是能量耗散,定量分析了巷道风流能量耗散与环境参数间的关系,揭示了巷道风流能量耗散机理。（2）从介观尺度分析了风流中的涡,建立了粉尘浓度扩散系数表达式,明确了它与巷道半径、粗糙度、风速、粉尘粒径间的物理关系。基于风流动量扩散系数建立的湍流粘性系数表达式物理意义更加明确。（3）粉尘输运动力学模型全面考虑了湍流扩散和重力方向速度滑移对粉尘运动的影响,它与连续方程、雷诺方程一起组成了新的描述气固两相流的方程组。