爆生气体的初期运动

根据爆生气体初期运动原动力，通过质量通量，动量通量，浮力通量分析来建立数学模型，模拟爆生气体高度，半径以确定污染范围，并由浮射流断面性质相似假设，求解各高度断面爆生气体的运动速度和污染物质深度分析，对于模拟污染源，选取适当的扩展模式，准确预测爆生气体对作业面及邻近地区的污染状况，采取必要措施，具有重要的理论和实际价值。     

街道峡谷中汽车排放的CO气体扩散特性的数值模拟

为了研究平行街道中汽车排放的污染气体扩散特性,本文采用RNG k-ε湍流模型和污染气体扩散方程对几种不同结构的平行街道进行了二维数值模拟,得到了峡谷内的流场和质量浓度场分布.结果表明,与单个街道峡谷相比,平行街道内污染气体扩散特性有很大不同,通过增加街道单侧建筑物的高度,可使污染气体容易扩散,减少污染气体在峡谷中的聚集.     

连通器内预混气体泄爆过程的数值模拟

连通器内预混爆炸性混合气体被点燃后,随着气体燃烧火焰的传播,而发展成爆轰,压力急剧上升,故研究连通器安装爆破片后,泄爆过程的数值模拟有其重要价值.采用有限元的方法,对连通器内预混气体的火焰传播和泄爆过程进行数值模拟.通过模拟获得了不同时刻燃爆的速度场、密度场、浓度场、温度场,为工程上防爆、抑爆、泄爆提供了理论基础和数据.     

连通器内预混气体泄爆过程的数值模拟

连通器内预混爆炸性混合气体被点燃后，随着气体燃烧火焰的传播，而发展成爆轰，压力急剧上升，故研究连通器安装爆破片后，泄爆过程的数值模拟有其重要价值。采用有限元的方法，对连通器内预混气体的火焰传播和泄爆过程进行数值模拟。通过模拟获得了不同时刻燃爆的速度场、密度场、浓度场、温度场，为工程上防爆、抑爆、泄爆提供了理论基础和数据。     

甲烷/空气预混气体泄爆过程的动力学研究

以甲烷/空气为研究对象,建立小尺寸管道气体爆炸实验平台,利用高速纹影技术,探测了泄爆过程中预混气体火焰在管道内的传播特性,并得出流场压力、火焰传播速度变化曲线;同时建立k-ε模型,对管道内甲烷/空气预混气体泄爆过程进行模拟,得到数值模拟情况下的流场压力和火焰传播速度变化曲线.模拟图像和实验图像变化趋势大体一致.     

基于人工神经网络的气体泄爆最大超压预测研究

为解决传统经验公式在预测气体泄爆中最大超压出现时的较大偏差或过于保守的问题,提出使用人工神经网络预测气体泄爆最大超压。基于124组实验数据,采用BP与RBF神经网络,通过优化算法计算与迭代循环对泄爆样本中的影响因素进行降维与选择,并确定2类神经网络本身在学习与计算气体泄爆样本时的相关参数。结果表明:PCA（主成分分析法）在当前样本条件下的降维效果较差,而通过迭代对比确认气体泄爆样本中的5类特征全部保留时神经网络的训练模拟效果最好;通过对124组实验数据进行随机挑选训练集与测试集的训练模拟结果发现,神经网络对气体泄爆中最大超压的预测效果较好;通过对比Molkov提出的和经Fakandu等改进的NFPA 68经验公式以及2类神经网络的预测结果表明,神经网络相比于传统气体泄爆经验公式具有明显优势。     

煤田火区温室气体排放通量及其影响因素研究

煤田火区温室气体的排放速率在时间和空间上由于影响因素而存在差异,本研究在对目前气体排放通量研究基础上,采用空气动力学法对神府矿区活鸡兔火区排放CO2、CH4气体和风速、温度以及气压等环境参数进行原位监测,测试结果表明,CO2和CH4通量的变化规律一致,火区内CO2、CH4排放通量变化范围为3.88~30.46 mg/(m2·s)和0.12~1.36 mg/(m2·s);通过相关性分析,环境因素对两种温室气体的排放影响很大,火区CO2、CH4的排放与风速、温度以及气压均呈显著正相关,相关性大小依次为风速＞温度＞气压,论证了所建的浓度梯度模型对煤田火区温室气体排放通量的适用性,进而为煤田火区有害气体污染治理提供了思路。     

水下气体泄漏海面火灾后果预测及评估

为评估水下气体泄漏在海面形成的火灾后果,针对某海洋钻井平台上风向浅层气井喷导致的火灾场景,构建水下泄漏海面气体火灾后果预测与评估模型;模拟分析风载荷作用下的海面气体火灾演化过程,预测火灾高温和热辐射通量的时空分布特征;评估海面气体火灾对临近下风向海洋钻井平台钢结构及作业人员安全的影响。结果表明:海面气体火灾在风载荷作用下约40 s达到稳态,稳态火焰几乎覆盖整个海洋钻井平台上部,最大火焰高度约96 m;整个海洋平台都会受到火灾高温和热辐射的影响,火灾影响区域的最高温度达到1 500℃,热辐射通量为539 kW/m~2;持续的高温和热辐射作用会使平台钢结构发生断裂或坍塌,造成作业人员严重伤亡。     

基于单因子水质标识指数法的东江河源段水质评价

为了解东江河源段水质现状并推测其水质发展规律,以GB3838—2002《地表水环境质量标准》为标准,依据东江河源段全部7个水质常规监测断面中的5个断面(分别为新丰江水库断面、枫树坝水库断面、龙川城下断面、临江断面和江口断面)在2001—2012年的水质监测数据年平均值,选择氨氮(NH+4-N)、总氮(TN)、总磷(TP)和高锰酸盐指数(CODMn)4个指标,参考单因子水质标识指数法分析评价东江河源段的水质,并讨论其污染风险。结果表明,2001—2012年东江河源段水质总体良好,水库库区断面除枫树坝水库断面TN指标在2012年处于Ⅲ类水之外,其他指标均控制在Ⅱ类水之内;东江干流断面除TN外其他3个指标均控制在Ⅱ类水之内,且江口断面TN在2009年和2011年被污染为Ⅲ类水,在2010年和2012年被污染为Ⅳ类水,而龙川城下和临江断面TN在2012年被污染为Ⅲ类水。由4个指标的历年变化趋势可以看出,东江河源段水质存在较大的氮、磷污染风险。氮、磷污染的空间格局和污染物通量分析进一步表明,下游的污染风险大于上游。     

柱形连通容器内预混气体爆炸过程的火焰传播模拟

为研究连通容器内气体爆炸规律,采用Fluent(经典流体动力学软件)对柱形连通容器内预混气体爆炸过程进行模拟,模拟了不同点火位置和火焰传播方向条件下连通容器内火焰传播过程和压力变化,并分析了连通容器内不同时刻的速度场.结果表明:火焰面在传播过程中并非完全对称,当火焰到达传爆容器后,湍流燃烧剧烈,火焰不规则变形显著;端面点火后在传爆容器内产生的压力峰值和压力波动比中心点火时更大;当起爆容器为大容器时,传爆容器内气体预压缩程度更大,压力峰值更高.     

柱形压力容器开口泄爆过程数值模拟研究

为研究柱形压力容器泄爆规律,采用经典流体力学软件FLUENT对典型的柱形压力容器泄爆过程进行数值模拟,分析从泄爆口开启到泄压结束时间段压力发展、火焰传播、气体流动及可燃气体浓度变化特性。结果表明:不同泄爆压力下容器内压力发展变化呈现不同特点,在较小泄爆压力情况下会出现压力再度上升的双峰现象。泄爆过程中产生的湍流沿泄爆口附近容器壁拉长火焰面,并加快燃烧速率。同时就容器内不同点火位置对爆炸强度影响进行研究,得出在泄爆压力为0.04 MPa时,底面点火对本柱形压力容器产生的最大升压速率约为中心点火最大升压速率的1.4倍。     

深埋突出煤层深孔控制爆破致裂机理和防突效果研究

基于理论分析和数值模拟,探究深孔控制爆破技术在深埋低透高瓦斯煤层防突方面的适用性。考虑爆炸波、爆生气体、煤层原始瓦斯压力、煤层地应力对裂隙的作用。研究深埋低透高瓦斯煤层深孔控制爆破裂隙的扩展的过程、机理及防突效果。对比了理论分析结果和典型的现场试验结果。得出的结论是,煤层深孔控制爆破致裂,是在爆炸波的动态冲击震裂和爆生气体及煤层瓦斯压力的尖劈压裂作用下共同完成的;深埋高应力煤层深孔控制爆破机理与常规浅孔采掘爆破机理不同;控制孔在高应力煤层中的导裂作用并不显著,其主要起到卸压孔和抽放孔的作用。几个典型的高应力低透突出煤层的工程实践表明,采用深孔控制爆破技术后,均获得良好的增透效果,且均未发生煤与瓦斯突出事故。     

球形容器内可燃气体泄爆过程的数值模拟

利用流体力学软件Fluent对球形容器泄爆过程中流场进行数值模拟,分析泄爆导管长度和泄放压力对爆炸压力和爆炸强度的影响,以及泄爆过程中火焰阵面和速度场的变化。研究表明,泄爆过程增大了燃烧火焰的面积,燃烧火焰在泄爆过程中发生湍流,燃烧速度得到极大地加速,泄爆导管对于容器内的高压气体的泄放起到了约束作用,泄爆导管的长度是影响泄爆过程中容器内部压力变化的重要因素。     

球形连通容器内可燃气体爆炸过程的数值模拟

为研究连通容器内气体爆炸规律,采用流体力学软件Fluent对球形连通容器内预混气体爆炸过程进行模拟,分析了不同管道长度和传爆方向条件下连通容器内压力和中心轴线上的速度变化。结果表明:随连接管长增加,连通容器内压力峰值更高,连通容器在压力稳定阶段保持的压力更小;较之小容器中心点火、大容器中心点火连通容器内压力迅速上升期及达到压力峰值的时间更迟,连通容器内的压力峰值更高,不同传爆方向时,传爆容器内的压力都先于起爆容器达到一个极值;火焰进入传爆容器后,轴线速度得到极大提高,最大值出现在管道内靠近传爆容器的接合处,可燃气体基本燃烧完时,连通容器轴线速度随连接管长增加下降更慢。     

管道中氢气-空气爆轰的多级泄爆数值模拟研究

为了研究管道内氢气的爆燃转爆轰及其抑制过程,对单个障碍物管道中氢气-空气混合物燃爆过程以及多级泄爆进行了二维数值模拟。基于氢气-空气19步详细化学反应动力学机理,以及k-ε湍流模型、概率密度函数输运方程和同位网格SIMPLE算法,采用计算流体软件Fluent进行模拟。结果表明:密闭管道无泄爆时,在距点火端1.5 m左右爆燃转为爆轰;泄爆口的位置对管道内氢气-空气预混气体的爆炸参数有重要影响,泄爆口位于管道中部时,能降低管道内爆轰超压,泄爆效果较好;位于管道中部单个泄爆口泄爆时,有效降低爆轰超压,管道中部设置2个泄爆口时,能通过压力和混合气体的泄放将管道中已经发生的爆轰衰减为爆燃;当有3个泄爆口泄爆时,管道中没有发生爆轰,达到良好的泄爆效果。     

3m直径煤油池火灾火焰特性的数值研究

为了预测油池火灾的火焰特性,采用CFD模拟技术开展静风状态下3 m直径煤油液池的火灾场景模拟,探讨火焰温度、火焰羽流速度、辐射热通量、燃烧产物质量分数等油池火焰特性参数随高度的变化关系;并结合火焰形态分布,提出一种4区域模型,即将湍流扩散火焰划分为油气混合燃烧区、燃烧火焰区、烟尘区和热烟气区来分析燃烧气流在不同高度的实际物理化学特性。此外,通过经验公式和CFD模拟2种方法分别计算出3 m直径煤油池火灾的火焰高度、火焰表面的辐射通量及热辐射破坏半径,并对计算结果进行比较分析,结果表明:2种方法可互相补充完善,有助于池火灾的热辐射危害性评估。     

泄爆口参数对氢气火焰传播过程影响的数值模拟*

为了减少管内气体爆炸造成的损失与破坏,基于大涡模拟LES模型和Zimont燃烧模型,研究泄爆尺寸(直径为40,60,80 mm)和泄爆位置(侧方距点火端1,3,5 m)等泄爆条件对受限空间中氢气燃爆特性的影响。研究结果表明:大孔径泄爆口更好的排放效果造成火焰锋面在通过泄爆口时发生严重畸变,而泄爆口与点火端距离的增加则会削弱火焰锋面畸变的程度,且不同尺寸泄爆口产生的泄压效果差异较大。因此,应考虑将合适尺寸的泄爆口设置于靠近易燃点处。通过探索不同泄爆孔径与泄爆口位置对氢气火焰传播的影响规律,可为实际应用中的安全泄爆起到指导性作用。     

泄爆静开启压力对气体内爆炸载荷的影响研究

针对约束泄爆结构静开启压力这一关键特征参数,对建筑物内气体爆炸瞬态流场展开数值模拟研究,探索不同静开启压力条件下爆炸压力载荷的分布规律。研究结果证实了爆炸压力载荷双峰结构的客观存在,阐释了双峰压力结构在时间上的分布规律,揭示了双峰时间间隔随泄爆结构静开启压力的非线性特征。研究成果为建筑物内可燃气体爆炸事故的定量风险评估及气体爆炸荷载下建筑结构动力响应与防爆抗爆安全设计奠定必要的理论基础。     

危险气体泄漏扩散的实验方法研究

综述了研究危险气体事故泄漏扩散的3种实验方法,即全规模大型现场实验、实验室模拟和小型现场实验,详细讨论该3种试验方法在实施和应用中的优缺点。对小型现场实验的无量纲长度、速度、时间、大气稳定度、大气湍流、液滴的尺寸分布和沉降、源动量通量比例等重要参数的确定方法重点进行分析和阐述。小型试验法特别适用于模拟化学性质活泼的危险气体的泄漏扩散研究,可为安全评价、应急救援提供有价值的参考数据。     

低透气性煤层钻射一体化瓦斯抽采技术研究与应用

为提高低透气性煤层的瓦斯抽采效果,开发了钻射一体化技术,并在韩村矿进行了试验研究。试验过程中,金属射流首先在煤层中射出主裂缝,随后推进剂延迟爆破产生高能爆生气体压裂煤体,破坏煤体的致密结构,在钻孔周围形成松动裂隙圈,达到煤层增渗效果。结果表明,钻孔瓦斯抽采体积分数由措施前的10.1%增加到措施后的42.2%,钻孔瓦斯抽采流量由0.026 m3/min增加到措施后的0.077 m3/min。钻射一体化技术措施增透效果显著,比同等条件下的普通钻孔抽采效果成倍提高,为高瓦斯低透气性煤层高效抽采瓦斯提供了一种有效途径。