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。     

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。     

基于CFD的半封闭空间内LNG泄漏后果研究

为定量分析半封闭空间内液化天然气（LNG）泄漏后果,利用计算流体力学（CFD）软件FLUENT,对不同条件下的“冷箱”内LNG泄漏后扩散与爆炸过程进行了模拟。结果表明:无论通风与否,危险区域（甲烷体积分数为5%~15%）一直存在,但通风时该区域比无通风时小; LNG泄漏后会导致箱内温度降低,且泄漏量越大温度下降越低,但通风在一定程度上能减小温降; 当危险区域最大时,发生爆炸产生的超压最大,对于泄漏量小的情况,通风能减小爆炸压力; 障碍物的存在会增大爆炸压力,研究中的最大爆炸超压为158 kPa,可对设备与人员造成严重危害,故在设计“冷箱”时须提出相应的强度要求。研究方法与结果对于与“冷箱”类似的受限空间安全设计与风险评估有指导意义。     

风机横向布置间距对公路隧道污染物分布的影响研究

隧道内风机布置方式对通风效率和汽车尾气净化有显著影响,为了优化隧道顶部风机横向布置,提高隧道通风效率,改善隧道内的环境质量,有效节约隧道运营通风能耗,利用计算流体软件Fluent,建立公路隧道射流通风模型,开展不同风机横向布置间距隧道内流场和污染物分布的三维数值模拟,分析隧道内流场分布、纵向CO质量分数分布和不同截面CO质量分数分布特征及规律。结果表明:风机横向布置间距对隧道内的通风和净化除尘效果都有一定的影响,流场分布与污染物分布规律相似;在风机横向布置间距为3倍风机直径时,升压折减系数为0.6154,达到最大值,此时隧道内的流场分布和污染物控制效果较好;因此,在进行风机布置时,建议将风机横向布置间距确定为3倍风机直径。     

贯通巷道风流流场数值模拟若干关键问题研究

根据计算流体力学基本理论,利用计算流体动力学(CFD)软件Fluent,运用三维k-ε湍流模型对贯通型巷道风流流场数值模拟中风流入口、出口位置对巷道风流流场分布的影响、湍动能k及湍动能耗散率ε的取值对模拟结果的影响等进行考察。通过研究确定模拟巷道的流体力学入口长度,确定模拟巷道出口位置;湍动能k及湍动能耗散率ε的取值对入口附近流动还没有充分发展区域拟解算的结果影响较大,而对流动充分发展的区域影响较小。将数值模拟风速值与理论计算风速值进行对比,模拟结果与计算结果非常一致,验证了数值模拟方法的正确性,为研究贯通型巷道风流传质过程、瓦斯运移规律及通风排污效率等提供了理论基础。     

FLUENT在公路隧道有毒气体事故泄漏扩散研究中的应用

针对公路隧道内氯气扩散问题,以计算流体力学(CFD)为理论基础,应用GAMBTT软件进行几何模型构建和网格划分.用FLUENT对所建模型中的风场和氯气泄漏扩散结果进行了模拟分析.通过不同位置氯气质量分数的比较,分析了稳定纵向通风条件下.隧道内障碍物和氯气重力效应对扩散的影响.从模拟结果可以看出,隧道内的障碍物(主要是汽车)对氯气扩散有明显阻拦作用.造成氯气在下部空间的扩散比上部空间要慢,而且距泄漏源相同距离处.下部空间的氯气质量分数远小于上部空间.同时讨论了泄漏源位置对氯气扩散范围的影响,结果表明即使在泄漏源较高的情况下,经过一段距离的扩散,氯气也会由于重力作用逐渐到达地面.最后,论证了FLUENT软件对处理隧道内毒气扩散问题的适用性,为研究工作的进一步开展提供了依据.     

重气泄漏扩散实验的计算流体力学(CFD)模拟验证

运用CFD软件Fluent中的标准双方程湍流模型,对重气瞬时和连续泄漏的扩散进行了模拟以预测重气扩散过程中参数的变化,结果表明重气在垂直高度上的浓度随高度增加而减小,对于重气到达一点处的时间而言,瞬时泄漏的预测时间小于实际到达时间,而且浓度减小到零的时间也要先于实际的时间,连续泄漏的情形则相反,模拟过程假设风速和风向不变导致模拟结果没有实际的波动大.通过将模拟的最大摩尔浓度进行误差统计计算表明:Fluent对于连续泄漏源的扩散模拟结果最为准确.CFD模型能准确预测重气扩散过程中气体浓度的变化,可以应用于实际的风险分析和安全评价中.     

金属矿井主扇反风技术分析及数值模拟研究

立足于现有的计算流体力学方法,提出了对轴流式风机反风的数值仿真模拟。运用CFD软件Fluent对轴流式风机正反转都进行了三维数值模拟,选用K40-4-15型轴流风机作为研究对象,重点研究了轴流式风机的反风性能以及叶片安装角、叶型拱度和转速对其反风量的影响。模拟结果为提高轴流式风机的反风量提供了科学的依据。     

室内天然气泄漏扩散数值模拟及试验验证

为研究厨房内泄漏天然气的浓度分布及其变化规律进而分析评价其危险性,通过Gambit软件建立一个典型的住宅厨房几何模型,采用Fluent软件模拟灶具软管脱落导致天然气泄漏时,在厨房门不同开度状态下厨房内天然气浓度场及可燃区域分布。模拟结果表明:门开度越大,室内可燃区域体积越小,天然气浓度分布趋于稳定的时间越短,稳定时天然气浓度越低,厨房内出现较大可燃体积所需的泄漏时间越长;当门全开时,厨房内不会出现可爆空间。搭建一个小尺寸的厨房实物进行泄漏试验,同时进行天然气浓度的实测和Fluent模拟,模拟结果与实测结果基本吻合,从而验证Fluent模拟的有效性。     

公路隧道内CNG管束气瓶车泄漏天然气扩散CFD仿真

气体管束气瓶车是运输压缩天然气(Compressed Natural Gas, CNG)的重要工具,针对CNG管束气瓶车运输过程中在公路隧道内发生追尾导致泄漏问题,基于计算流体动力学CFD方法,建立CNG管束气瓶车遭追尾致泄漏后果预测与评估模型,对公路隧道内风场条件下泄漏天然气的扩散过程进行模拟与分析,研究CNG管束气瓶车泄漏天然气在隧道内的扩散规律和形成的危险区域范围。仿真结果表明:泄漏天然气扩散具有极速泄漏、外力作用、初期膨胀增长和稳定收缩等特征;喷射气云团能够覆盖肇事车辆前部,可能导致驾驶人员窒息或引发火灾、爆炸事故;实例工况下,泄漏气体扩散至稳态以后,形成爆炸极限浓度范围内的气云分布在肇事车辆前部1.5m至肇事车辆中部之间的区域;进行事故应急响应时,应封锁事故隧道,加强隧道内通风,在消防水枪的稀释掩护下对管束气瓶车进行堵漏作业。     

城市道路隧道内吊顶式净化通风系统纵向布置方案优化研究

为从根本上解决隧道内空气污染问题,达到运营节能的目的 ,利用Fluent软件建立数值模拟模型,通过分析直线隧道内污染物分布规律,确定吊顶式净化通风系统设置位置及净化范围,同时建立吊顶式净化通风系统隧道模型,对其纵向布置方案进行优化研究.结果 表明:隧道内CO浓度基本呈线性分布,在距隧道入口1300 in位置,需布置吊顶...     

挡气板对综合管廊燃气泄漏扩散影响规律研究*

为研究挡气板对综合管廊燃气泄漏扩散影响规律,采用Fluent 软件模拟增设挡气板条件下泄漏燃气浓度分布特性,研究挡气板对探测效果及危险区域分布影响规律。结果表明:无通风情况下,增设挡气板可提升探测效果;正常通风条件下,探测效果无明显提升;挡气板高度达到0.5 m后,继续增加设置高度,探测效果无显著提升;无通风条件下,受挡气板区间段阻挡作用影响,燃气浓度危险区域扩张速度减小;正常通风条件下,挡气板背风侧安全区域间接促进泄漏燃气扩散排出,可有效防止管廊内部燃气聚集。研究结果可为优化综合管廊燃气舱可燃气体探测布置方案提供新思路与理论依据。     

Y型通风下采空区瓦斯运移规律及治理研究

为了更好的研究Y型通风系统下的采空区的瓦斯流动和涌出规律,针对综放面Y型通风系统特点,建立了Y型通风采空区流场模拟的计算流体力学模型。通过数值模拟,系统研究了Y型通风采空区流场和瓦斯运移规律,对比分析了Y型通风和U型通风条件下的采空区流场及瓦斯运移特征,并将其应用于15120高瓦斯综采工作面的Y型通风系统中,根据现场的实际情况建立对应的CFD模型,得出Y型通风系统下采空区瓦斯流动及分布规律,数值模拟结果与现场大量观测数据相吻合,为瓦斯治理和通风系统优化提供理论依据。研究表明,采用Y型通风系统可消除采空区向上隅角的集中漏风,从而有效解决了U型通风上隅角瓦斯积聚和回风巷中的瓦斯。     

隧道救援站通风网络优化设计及人员疏散研究*

为确定铁路隧道救援站最佳通风结构，对烟道布置提出合理建议，采用计算流体力学（CFD）的方法，对铁路隧道救援站通风网络进行优化设计。同时，采用模拟计算的方法对救援站人员疏散进行模拟分析，确定救援横通道布置及防护门开度设置的合理性。研究结果表明:在同等通风参数工况设置下，采用多节点排烟竖井结构后各救援横通道流量分配更均匀，救援站压力平衡性更好，通风效率可提升15%；通过疏散模拟证实，在长560 m的紧急救援站范围内设置10条疏散横通道，横通道设1.7 m宽的逃生门能够满足疏散要求。     

基于OpenFOAM的综合管廊舱内燃气泄漏扩散数值模拟

为实现综合管廊燃气泄漏扩散的精确高效模拟分析，进而为综合管廊燃气泄漏事故的安全防控提供技术支撑，利用OpenFOAM对城市地下综合管廊舱内燃气泄漏扩散进行数值建模计算，研究分析通风受限空间内的燃气泄漏扩散规律，并结合对应急响应时间的分析验证了通风策略的有效性。研究结果表明:气体射流作用与浮升力作用是影响综合管廊燃气泄漏扩散浓度分布的重要因素，采取合理的通风措施可有效加速燃气的流动与扩散，缩短燃气泄漏报警响应时间，有利于燃气泄漏事故应急决策与应急救援的快速实施。     

水面LNG液池扩展模型的分析与对比研究

为了评价在开阔水面上的液化天然气（LNG）火灾和蒸气云爆炸灾害后果，分析了LNG水面扩展动态过程；对比分析了Fay模型、FERC模型和计算流体力学软件FLACS的计算结果，探讨了LNG液池面积随时间的动态变化过程，分析了泄漏量、泄漏速率等参数对LNG液池扩展半径的影响；根据液池扩展模型的计算结果，确定了LNG液池的最大面积，并以此分析了LNG流淌火灾的辐射危害。研究结果表明:对于相同的泄漏条件，3种方法模拟的泄漏LNG水面扩展动态过程相似，一般情况下，FLACS模型，FERC模型和Fay模型所计算的最大液池半径依次增大;由于FERC模型与FLACS软件的模拟结果接近且偏于保守，故此在一般的工程应用时，采用FERC模型即可方便快捷地获得较为准确的结果。     

A preliminary explore to the forced ventilation on the toxic gas release/dispersion and the hazard mitigation within a petrochemical plant

More than thirty-five years ago, the Bhopal disaster shook the whole world and investigators found out that many people survived just because they turned on the fans in their bedrooms. It was postulated that the forced ventilation played an important role in diluting the toxic gas and saved these people. In order to provide evidence to solve this old mystery, this research employed FLACS software to assess the hazardous degree of a toxic gas (hydrogen sulfide) leakage within a petrochemical process. Series of gas dispersion simulations were performed to actualize the hazardous characteristics and the corresponding risks of the release accident. The study shows that the hazardous level and the hazard range can be greatly influenced when parameters, such as the gas leakage circumstances (atmospheric conditions and wind speed) and the mitigation measures (direction of fans and their speed) are altered.By using explosion-proof fans in different positions and ventilation directions, combined with the natural wind in a certain direction, this research attempts to detect the best combination from various mitigation designs and to compare the influence of fan directions on hazard mitigation. It is also the first time of its kind to simulate the effect of forced ventilation on hazard mitigation within a process plant. The results show that the hazardous level of a toxic release can be effectively alleviated, when the direction of the mechanical ventilation is against the natural wind direction. With the help of the CFD simulation and the quantitative risk analysis technique, different loss prevention strategies can be tested via this method in order to establish a safer working environment.     

皮带输煤暗道通风排尘改造方案优化研究

为了解决皮带输煤暗道运输过程中粉尘污染严重及冬季供暖不足问题，对暗道通风供热系统进行了优化改造研究。以中煤平朔安家岭264输煤暗道为例，基于气固两相流理论，利用CFD模拟方法，对暗道内由风速对悬浮粉尘浓度分布的影响规律进行数值仿真。模拟结果显示:当输煤暗道排尘风速由0.25 m/s升至0.35 m/s时，粉尘浓度降为3.2 mg/m3，暗道最大通风阻力为245.94 Pa，最低换热量747.68 kW。基于数值模拟结果，从3种优化方案中选定一压一抽联合式通风除尘方案进行改造，现场实测除尘效果良好，表明所提出的输煤暗道通风除尘方案具有实践指导意义。     

基于实验与仿真的三维水下气体泄漏预测与安全评估研究

水下气体羽流特性是海底气体泄漏风险评估的重要基础。为准确预测水下气体羽流行为，基于计算流体动力学(CFD)方法，建立1种考虑气体卷吸湍流特性的三维水下气体羽流数值预测模型；采用欧拉-欧拉流体体积模型捕捉气液作用界面，以大涡模拟(LES)方式预测羽流上浮及卷吸过程中的湍流特性，从而实现对水下气体羽流行为的预测；搭建小尺度实验平台，对比仿真与实验条件下的气体羽流形态，验证数值模型的可行性及预测精度；应用建立的数值模型对工程条件下的水下气体泄漏事故进行预测和评估，以某浅层气井喷事故为例，评估水下气体羽流上浮时间、海面影响范围和涌流高度。结果表明:基于欧拉多相流与大涡模拟的数值模型对水下气体羽流预测结果与实验具有较好的吻合度，该模型能够较好捕捉羽流的湍流特性，可为水下气体泄漏羽流行为评估提供参考。