非点源LNG泄漏扩散过程模拟及危险区域分析

为了研究LNG泄漏扩散过程及危害,建立了引入时间参数的高斯烟羽混合模型,利用MATLAB工具对LNG泄漏扩散过程进行动态模拟,解决了高斯烟羽模型不能模拟连续泄漏源泄漏初期浓度分布的问题。提出了非点源高斯烟羽混合模型,可预测液池、大孔等非点源的泄漏扩散过程,并利用Burro 9号LNG泄漏扩散试验进行模型验证。研究了风速、大气稳定度等对LNG泄漏扩散所形成的危险区域的影响,结果表明:风速对LNG泄漏扩散的影响显著,风速越大,扩散越快,扩散达稳定后所形成的危险区域面积越小;大气越稳定,扩散越慢,危险区域面积越大。     

基于稳定风场的架空天然气管道泄漏数值模拟

针对架空管道天然气泄漏问题,考虑管道自身对泄漏扩散的影响,利用计算流体力学(CFD)软件建立天然气管道三维泄漏模型,为提高模拟可信性和合理性,先对计算流域风场进行稳态模拟,再对天然气泄漏扩散过程进行瞬态模拟,分析天然气泄漏扩散规律及风速对泄漏扩散的影响。结果表明:在稳态风场模拟中,管道附近风场受管道影响十分明显,管道上下侧面风速极高;在瞬态天然气泄漏扩散模拟中,天然气泄漏初期的扩散受风速影响明显,验证了先进行稳态风场模拟的必要性,泄漏扩散达到稳定状态后出现气云沉降、单侧分布、尾部分叉、风速影响扩散距离的特征;同等风速条件下,较小浓度边界扩散范围大,达到稳定所需时间短,同等浓度边界条件下,风速与扩散影响面积和浓度边界达到稳定所用时间成反比。     

复杂街区脏弹恐怖袭击下放射性物质扩散模拟

为研究复杂街区"脏弹"恐怖袭击情景下的放射性物质扩散问题,以实体街区为例,基于欧拉模型,对街区内放射性物质扩散进行数值模拟,分析并总结复杂街区结构和不同风场条件下放射性物质的扩散特征。结果发现,同一风向下,当风速小于20 m/s时,风速越大,街区下风向出口处的辐射风险越高;当风速为10 m/s时,街区下风向各出口的总辐射风险最高,风速为6 m/s时风险最低。街区复杂结构对扩散的影响随风速的增大而增大;风速小于2 m/s时,近源处易形成大面积高浓度聚集,污染物整体呈高斯分布。研究表明:发生袭击时,应避免在下风向建筑物邻近区域或密集区域以及环形区域等位置停留,疏散时也应选择远离这些区域的出口。     

基于稳定风场的埋地天然气管道泄漏数值模拟

针对目前城镇埋地管道天然气泄漏研究模拟工况简单、可信性较低等问题,考虑障碍物对环境风场的影响,利用计算流体力学（CFD）软件建立天然气管道三维泄漏模型,将模拟过程分为环境风场的稳态模拟和管道泄漏扩散的瞬态模拟两步,分析天然气泄漏扩散规律。结果表明:在风场稳态模拟中,建筑物附近风场受干扰明显,上游形成小范围的低速滞留区,下游形成较长的尾迹。在天然气泄漏扩散瞬态模拟中,土壤层天然气受风速影响较小,气体在近地面及贴近建筑物侧积聚,扩散范围随时间逐渐趋于稳定,泄漏扩散达到稳定后表现出土壤层积聚、气云沉降、贴近建筑物积聚、气云扩散局限性的特征。风速主要影响天然气的扩散高度,对水平方向的扩散范围影响较小,风速与天然气扩散高度成反比。     

西安脉冲堆场区放射性气体扩散CFD数值模拟

为对西安脉冲堆(XAPR)核应急及相关核安全评价提供场区大气扩散规律的技术支持,根据XAPR场址条件,采用CFD方法对场区放射性气体扩散进行了数值模拟,分析释放点、气象条件、出口速度等因素对大气扩散的影响。结果表明:在XAPR场区内屋顶释放造成主干道路地面大气扩散因子比烟囱释放高约1个数量级;风向影响场区内危险区域面积,南风造成的危险区域面积最大,西南风次之,西北风最小;大气扩散因子随出口速度增大而减小,随环境温度增加变化不显著;均匀风场模型给出的结果更加保守,由于幂律风廓线的水平风速随高度梯度变化较大,最终得到的地面扩散因子较小;非稳态扩散中,风场突变会导致局部污染加剧,由于建筑物的阻挡绕流,污染物在场区的扩散减缓,可能在场区形成部分污染的过渡地带,随后会逐步达到稳态扩散状态。在XAPR核事故中,放射性气体由于场区复杂的建筑分布而具有复杂的扩散行为,释放点、气象条件等因素均对放射性气体场区分布产生影响,从而形成不规则的事故污染景象。     

放射性“脏弹”袭击港口的仿真后果分析

近年来,随着恐怖事件频发,利用放射性物质进行核恐怖袭击的可能性越来越大。其中,放射性"脏弹"事件是利用放射性物质扩散进行破坏的核恐怖活动,一旦发生,造成的后果将较为严重。分析了放射性"脏弹"可能的组成种类与作用效应,在此基础上模拟计算了典型场景下放射性"脏弹"的放射性剂量。按模拟所得平均值,烟羽吸入内照射途径是放射性物质作用于人体的主要方式,占平均总有效当量剂量的99%左右;而地面沉积外照射途径贡献了第二多的总有效当量剂量,地面沉积外照射与烟羽外照射只占总有效当量剂量的1%左右。同时分析了放射性"脏弹"对人体、环境可能造成的后果。     

城市地区应急污染物扩散的模拟

将城市边界层模式(CBLM)和随机游动扩散模式连接,组成城市地区应急污染物扩散模式,利用该模式模拟瞬时源(35 t氯气)泄漏后污染物在城市地区的扩散特征.通过平地、3种理想城市建筑和实际南京城市建筑条件下风场和污染物扩散模拟结果的比较,分析了建筑高度和密度对城市风场及污染物扩散的影响.此外,结合美国环保署的毒物浓度伤害准则AEGLs,评估了城市地区氯气泄漏后危险区域的变化特征等.结果表明,污染物质量浓度在地面随时间逐渐减小,质量浓度最大值在泄漏后10～60 min从约139 mg/m3降低到1 mg/m3,外围最小值也从约10 mg/m3降低到0.1 mg/m3.且质量浓度中心随气流向下游移动,在一定时刻内,水平分布尺度逐渐增大.由于建筑拖曳力影响,模拟区域风速变慢,污染物在模拟区域停留时间延长,质量浓度中心值衰减减缓,扩散面积衰减减缓;且建筑高度越高,建筑密度越大,以上特征越明显.污染物在实际扩散中,扩散特征随着建筑条件的变化而不断变化.在所设置的气象条件及事故发生条件下,事故发生30 min后可解除重伤区警报,事故发生1 h后可解除危险区警报.     

某不稳定边界层单体建筑后方点源污染扩散的大涡模拟

首先产生大涡模拟所需要的入流湍流条件,然后应用标准Smagorinsky模型对位于某不稳定边界层的单体建筑后方点源污染扩散问题进行了数值模拟。结果表明,在不稳定条件下,使用大涡模拟能够较好地预测单体建筑的绕流特性和污染物分布。单体建筑绕流的湍流场十分复杂,空气流经建筑后发生了分离,在建筑后方形成了再循环区域,使高浓度气体被输送到建筑背面附近。受周期性涡脱落现象的影响,污染气体被释放后逐渐向建筑两侧及下游扩散,形成了较宽的扩散区域。气体的高浓度和低浓度瞬时等值面表现出了不同的特征。     

开放性粉尘时空分布的数值模拟研究

工程爆破常在开放空间中进行,因其产生的粉尘会对爆源周围环境造成影响,所以受到了广泛关注。为阐明工程爆破产生的粉尘的时空分布特征,基于相似性原理建立了二维几何模型,使用ANSYS Fluent仿真软件对爆破粉尘在不同环境风速下的时空分布进行了数值模拟。结果表明：在静风状态下,近尘源区域中的爆破粉尘自由缓慢扩散,空间分布范围小;当环境风速分别为1、2.45、5、10 m/s时,粉尘粒子均随气流扩散,且风速越大,粉尘粒子运移越快,空间分布范围越广;在近壁面区,受壁面摩擦影响,气流形成一涡旋卷吸区,涡旋卷吸区内粉尘浓度高,停留时间长,是高污染区,也是爆破粉尘防治的着力点。     

城区气象条件对大气污染物扩散影响规律

文中采用ADMS系列大气扩散模型对城市建筑密集区气象条件对大气污染物扩散影响规律进行数值模拟研究。模拟前,以现场实测结果对模型进行验证。模拟中,采用ADMS-Urban扩散模型获取模拟计算结果、采用ADMS-Industrial扩散模型绘制相应的风场图。对特征气象参数云量、气温、气压、相对湿度、风速、风向的影响规律进行系统地研究,以此提出对应的管理和控制措施,研究方法及研究成果对其他建筑密集的城市区域的大气污染扩散研究具有一定借鉴和推广价值。     

隧道受限火灾合理纵向通风风速范围研究*

为探究公路隧道不同受限程度火灾的适宜纵向通风风速,基于FDS模拟分析5种纵向通风速度下不同近壁距离火源顶棚下方烟气最高温度的分布特性、烟羽流倾角及烟气分层状况,提出合理纵向通风风速范围。研究结果表明:在隧道中心线上近火源下游,顶棚下方的最高温度沿纵向均呈指数衰减。不同贴壁距离和纵向通风风速下,均出现烟气分岔流动,随着贴壁距离减小羽流撞击处温升、火羽流偏移角显著增加。当风速小于1.6 m/s时,火源上游出现大量高温烟气回流;而当风速超过2.4 m/s时,分岔流动现象越明显,各偏移角变小,火源下游逐渐后移的烟气层严重失稳。因此,不同受限程度下火灾合理纵向风速为1.6~2.4 m/s。     

喷淋对大空间喷头上方羽流特性的影响

基于经典羽流模型,通过全尺寸试验测量大空间喷头上方羽流中心线不同高度处的温度和速度,分析羽流中心线温度和速度的变化规律,并与经典羽流模型做比较,得出喷淋对大空间喷头上方羽流特性的影响。结果表明:喷淋启动前,羽流温度和速度随高度增加的变化趋势与经典羽流模型基本一致;喷淋启动后,各高度处温度显著降低,速度显著减小,温度随时间的变化趋势与喷淋压力有关,且温度和速度随高度增加的变化趋势发生明显改变。     

纵向风和阻塞比对隧道双火源温度分布的影响*

为研究城市公路隧道内纵向通风和障碍物对双火羽流行为的影响,采用数值模拟方法分析双火羽流纵向烟气温度变化规律。研究结果表明:随着风速的增加,顶棚下方最高温度不断降低,烟气逆流现象逐渐减弱至消失;随着阻塞比的增加,下游火源一直向下游倾斜,而上游火源逐渐由向下游倾斜转变为向上游倾斜;基于流体力学理论,引入阻塞比修正无障碍物时的弗劳德数,进而建立适用于隧道内有障碍物的双火羽流顶棚最高温升分段预测模型,研究结果可为隧道火灾防治提供基础数据和理论参考。     

空气动力阴影区对高层建筑周围污染物浓度分布的影响

空气动力阴影区是在风的作用下建筑物背风侧和顶部的旋涡区。当建筑物附近有污染源存在时，污染物的浓度分布与污染源和空气动力阴影区之间的相对位置有着密切关系。以一高层建筑为例，采用数值模拟的方法，探讨和分析污染源在空气动力阴影区内外几个不同相对位置时，建筑物周围污染物分布的不同。     

有风条件下室内火灾自然排烟模型试验研究

采用缩尺度试验方法对有风条件下室内火灾自然排烟过程准稳态进行研究,分析不同补气口、排烟口位置和风向对排烟效果的影响。试验结果表明:将补气口设在迎风面,排烟口设在背风面或侧风面时将获得比没有环境风时更好的自然排烟效果;而在其他情况下,环境风将通过减小排烟口处内外压差以及对室内烟气层产生扰动来降低自然排烟效果。在设置建筑自然排烟系统时,应综合考虑火灾具体情况以及当地风速条件,选择对自然排烟有利的排烟口与补气口位置组合,以提高自然排烟的效果。     

横通道通风对隧道火灾烟气蔓延影响的数值模拟研究

为探究隧道横通道通风对隧道火灾烟气蔓延的影响规律,使用火灾动力学模拟软件FDS,对不同火源位置的横通道临界风速、主隧道温度分布以及烟气层高度进行研究。研究结果表明：在一定火源功率范围内,隧道横通道临界风速与火源功率的1/3次方成正比且火源距横通道越远,临界风速越小;当火源位于交叉口,横通道使用临界风速通风时,隧道内烟气温度明显降低,烟气迅速沉降到2 m以下;当火源距离交叉口10,20 m,横通道通风会加快火源下游烟气沉降,烟气沉降速度随横通道通风速率的增大而增大;当火源位于交叉口时,烟气沉降由横通道通风对烟气的降温作用和涡旋作用共同主导,当火源位于距离交叉口10,20 m时,烟气沉降主要由涡旋作用主导。     

巷道火灾密闭过程中烟气温度及流动特性研究*

为研究巷道火灾密闭过程中烟气的温度变化规律及流动特性,通过缩尺寸实验台和FDS数值模拟软件对12.65,18.97,25.30 kW不同火源功率及25%,50%,75%,100%不同密闭比例条件下的巷道火灾进行模拟实验。结果表明:密闭比例的增加会使火焰倾角减小,当巷道完全密闭后,火焰形状近似垂直,顶板热辐射和温度增加;巷道在50%和75%密闭比例之间存在1个突变值,当超过此突变值后,顶板温度会急剧升高,同时燃烧会更快进入衰减阶段,且火源功率越大衰减越早;密闭比例的增加会导致烟气逆流长度上升,增加纵向通风速度可有效地抑制烟气逆流现象,当实际巷道火源功率为4 MW时,纵向通风风速设定为3.8 m/s能使烟气逆流得到较好的控制。     

不同隧道坡度与车厢火灾位置情况下烟气蔓延特性研究*

为研究含坡度隧道不同火源位置情况下车厢火灾烟气蔓延特性,采用CFD数值模拟方法,建立全尺寸地铁隧道与列车数值模型,研究车厢不同火源位置情况下火灾烟气纵向温度分布规律,探讨倾斜隧道车厢火源位置对烟气蔓延的影响。研究结果表明:当火灾烟气蔓延处于纵向通风惯性力与热浮力竞争作用控制阶段时,火源位于车厢上游方向时火灾烟气向车厢方向蔓延距离小于火源位于车厢下游方向情况,且随坡度增大,火源位于车厢上游方向烟气逆流长度不断减小,位于下游方向烟气逆流长度不断增大;当纵向通风风速达到2 m/s时,火源位于车厢上下游方向2种情况下,列车车厢方向均无烟气蔓延（逆流长度为0）,此时火灾烟气蔓延将主要由纵向通风控制,隧道坡度无显著影响。     

侧墙结构纵向多窗口羽流火焰融合的数值模拟

为了给高层建筑外部火蔓延防控提供参考,利用火灾动态仿真模拟软件PyroSim对无侧墙建筑的纵向多窗口羽流火焰与侧墙建筑的纵向多窗口羽流火焰进行了数值模拟,并改变侧墙长度,引入危险温度T=540℃、T1=350℃及T2=250℃,综合分析窗口温度曲线及等温线数据。结果表明:纵向多窗口羽流火焰产生相互融合现象,无侧墙建筑纵向相邻两窗口与三窗口的危险温度高度相似,比单窗口的危险温度高度提升了2.5~3.0 m;侧墙结构引起烟囱效应的作用效果与侧墙的长度呈正比,侧墙长度为3.6 m时,纵向多窗口的危险温度高度与无侧墙建筑相比,对T1和T2,高度提升了2.0~2.5 m,而对T,高度的影响较弱,羽流火焰的形状在纵向被拉长。