加注趸船液化天然气储罐泄漏动态仿真分析

为分析加注趸船液化天然气(LNG)储罐连续泄漏各参量的变化规律并获取泄漏强度的准确数据,建立了LNG储罐初始泄漏强度计算模型,提出了一种基于微分迭代思想的加压LNG储罐液相空间连续泄漏的动态计算方法,并对长江干线上某型加注趸船储罐的泄漏过程进行仿真计算,探究了各参量和泄漏强度的变化规律。结果表明,在泄漏口面积和高度相同的情况下,随液体体积的减少,两相混合物中的蒸汽质量分数逐渐下降;在储存压力和泄漏高度相同的情况下,泄漏口面积越大,泄漏质量流率的初始值越大,泄漏时间越短,压力和液面高度下的降速率越快;在储存压力和泄漏口面积相同的情况下,储罐内部液面距泄漏口的高度越大,质量流率的变化越快,泄漏时间越长。     

工业LNG储罐泄漏扩散数值模拟

针对工业LNG储罐泄漏问题,基于Fluent软件结合UDF修正风速模型,研究不同工况下泄漏发展情况,并对泄露口下风向沿直线距离上的泄漏气体浓度进行分析,得出准确气体扩散浓度范围。研究结果表明,泄漏孔口越接近地面,横向扩散距离越大。相同风速下,泄漏路径上气体浓度具有相似的变化趋势,风速越高泄漏气体沿扩散路径的稀释作用越强。劲风条件下,泄漏下风口直线路径上最高CH4浓度与距离呈现负相关规律。     

狭长空间内细水雾射流的数值仿真

综合可压缩流场控制方程、κ-ε湍流模型、粒子动力学模型及简化的雾滴-壁面碰撞模型,建立了狭长空间内细水雾射流的数值仿真模型。基于该模型,采用Fluent流体动力学仿真软件对4种不同粒度的细水雾射流进行了数值仿真。结果表明:粒度较大的细水雾在入射初期速度较快,且保持雾化角的能力更强;细水雾在到达壁面后形成的雾化区形态上保持准稳定,呈现出特征鲜明的雾化主流区、横流区、回流区与涡流区,整个雾化区范围向两侧匀速延伸,粒度越小的雾化区延伸速度越快;狭长空间内垂直于射流方向的气流与细水雾射流产生相互影响,气流在远离喷口的雾化区迎风处速度降低,在靠近喷口的背风处形成涡流,雾化区形态沿气流流向发生扭曲。     

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。     

天然气瞬时泄漏扩散规律及其影响因素研究

为分析和预测天然气泄漏的扩散距离、扩散面积及扩散后的不动火区域,有效控制事故发生及降低事故后果,以某天然气储罐为例,对天然气瞬时泄漏的扩散规律进行了数值仿真。首先,确定适用于轻气的高斯烟团模型;然后,基于高斯烟团模型进行仿真分析,绘制天然气瞬时泄漏扩散的等质量浓度曲线和动火燃爆区域;第三,分析泄漏量、大气稳定度、地表粗糙度等因素对天然气扩散的影响,并分别确定不同条件下的动火燃爆区域;最后,基于数值仿真分析结果,提出天然气泄漏后的应急疏散和救护措施。结果表明:天然气扩散距离和面积随泄漏量增大而增大;大气越稳定,扩散的距离和范围越大;扩散距离随地面粗糙度增大而减小。     

热喷涂粉尘质量浓度分布规律数值模拟及实验研究

基于气固两相流理论,采用仿真软件Fluent对热喷涂粉尘的扩散过程进行了数值模拟,分析了热喷涂车间气流速度对粉尘质量浓度分布的影响规律,并通过实验测定了车间呼吸层风速与粉尘质量浓度沿程分布,通过与模拟结果作对比分析,验证了数值模型的可行性。结果表明:粉尘颗粒自尘源处沿径向周围扩散,高质量浓度区域集中在尘源附近;车间气流速度越大,高质量浓度粉尘区域越小,车间粉尘质量浓度越低;当车间出风口风速为12 m/s时,除尘源区域外,呼吸层粉尘质量浓度已明显低于标准限值;通过对比分析,实测数据与数值模拟结果基本吻合,表明采用数值模拟方法研究热喷涂粉尘扩散规律是一种行之有效的方法。     

基于数值模拟的扇形水幕阻挡稀释氯气扩散的影响因素研究

在重气储罐区内设置喷射水幕是安全隔离、控制重气泄漏后扩散和减缓事故后果严重程度的重要措施之一。为此,利用计算流体力学(CFD)模型建立了氯气泄漏扩散模型,对扇形水幕阻挡稀释氯气扩散过程进行了动态模拟及影响因素分析,分别模拟了外界风速、水幕的喷射角度、水幕距泄漏源距离、水幕流量和水幕液滴直径等参数对氯气泄漏后扩散的影响情况。结果表明,合理地设置水幕能够有效阻挡氯气的扩散、缩短危险距离和减少危害面积。在大气稳定的情况下,外界风速、水幕的喷射角度、水幕距泄漏源距离、水幕流量等参数、水幕液滴直径是影响扇形水幕阻挡氯气扩散的重要因素。其中水幕距泄漏源距离和水幕流量2个因素对阻挡稀释效果的影响比较明显,水幕距泄漏源的距离越小,水幕的动量越大,阻挡稀释效果越好,水幕流量适中时效果最好,流量过大或过小阻挡稀释效果都要差一些。因此,合理设置相关参数有利于提高水幕性能,更加有效地降低氯气泄漏事故的后果。     

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。     

风速对露天矿采装工作面粉尘聚并效应的影响分析

风速对露天矿采装工作面的可吸入颗粒物的聚并效应有显著影响，为了探究不同风速下PM₁₀聚并效果，分析质量浓度变化机理，构建采装机械与外流域三维模型，利用Fluent软件针对新疆某露天采装面实际情况，模拟不同风速下外流场以及粉尘分布规律。结果表明：流经工作面的风流因采装设备的遮挡，在采装车厢内部与下风侧附近形成低速旋涡，使得此范围粉尘质量浓度较高；外界风速越大，高浓度粉尘区域越随风沿下风侧向后运移；随着扩散时间增加，外界风速越大，车厢附近的浓度降低得越多，沿程扩散距离越远，在采装车厢下风侧1～2 m是粉尘重点防护区域；外界风速越大，车厢附近涡流结构越复杂，PM₁₀的聚并效应增强，颗粒数量减小从而导致质量浓度大幅下降。     

液化四氟乙烷小孔泄漏试验研究

采用高速摄影技术,考察了液化四氟乙烷发生小孔泄漏时,其水平泄漏和垂直泄漏的初始云团演化行为、泄漏的质量流率、喷射速度和喷射角,并与理论计算公式进行了对比。结果表明:水平喷射两相云团尾部出现涡流,涡流大幅加快了云团向空气中扩散的速率;垂直喷射的两相云团在地面形成液池,液池大幅增加了液化气体向空气中蒸发的速率。水平泄漏试验的喷射角与容器内超压变化规律相似,泄放初期喷射角逐渐增大,经历一段平坦期,到泄放末期喷射角减小。水平泄漏和垂直泄漏的初始喷射速度分别为25 m/s和20 m/s,与理论值26.6 m/s基本吻合。水平泄漏的质量流率的试验值和理论值分别为0.0598 kg/s和0.0684 kg/s,垂直泄漏的分别为0.0472 kg/s和0.059 6 kg/s,结果对比基本吻合,推荐的泄漏质量流率和小孔喷射速度公式可以用于液化四氟乙烷小孔泄漏。     

初始温度和压力对排污空间甲烷-空气混合物爆燃特性影响的模拟研究

市政排污空间作为城市公共基础设施的重要组成部分，易积聚可燃气体形成爆炸性环境。结合排污空间的特殊环境条件，采用Fluidyn-MP多物理场数值模拟软件，建立了20 L球形爆炸罐分析模型，通过改变初始温度和初始压力，对排污空间甲烷-空气混合物爆燃特性及其变化规律进行模拟研究。结果表明:初始温度升高导致甲烷-空气混合物最大爆炸压力降低，缩短了到达最大爆炸压力的时间；初始压力增加导致最大爆炸压力急剧升高，并延长了到达最大爆炸压力的时间；最大爆炸压力对初始压力的敏感程度远大于初始温度的影响。此外，随着初始温度和初始压力的升高，爆炸火焰平均传播速度增加，而火焰传播速度对初始温度较敏感。     

基于蒙特卡洛法的储罐爆炸碎片冲击失效模型研究

为定量研究相邻储罐间爆炸碎片冲击的多米诺效应,基于蒙特卡洛方法建立爆炸碎片冲击失效模型。该模型共包括爆炸能量与碎片初始速度、考虑风速及碎片初始位置的碎片三维抛射轨迹、空气阻力、碎片冲击穿透等4个分步模型。基于上述模型,研究储罐爆炸后碎片的初始状态、抛射轨迹以及对相邻储罐的冲击效应。在数值模拟结果的基础上,用储罐最高允许工作压力代替泄放装置的泄压压力来计算爆炸压力,绘制碎片质量及初始速度的直方图,定量分析储罐间距对击中概率的影响。结果表明,热辐射、超压和碎片冲击3种能量作用方式均可能导致储罐间火灾爆炸事故多米诺现象发生,但爆炸碎片冲击导致相邻罐失效的概率较低。     

火旋风的模拟实验研究

模拟火旋风的实验研究，应用热成像方法获得了火旋风温度场的结构，测量得到火旋风火焰特有的大高度直径比的物理现象；火焰高度比相同燃料，油液面积的油池火高度高，趱戏比油池火直径小。火旋风的切向速度比油池火大，卷吸效果好，可用这一特点来研究熄灭火旋风的火灾。对火旋风火灾机理的研究提出了一种有效的实验方法。     

Impact of leakage location and downwind storage tank on the gas dispersion in a typical chemical tank storage area

Toxic gas leakage in a tank area can have catastrophic consequences. Storage tank leakage location (particularly for high leakage) and downwind storage tanks potentially influence gas diffusion in tank areas. In this study, we developed a numerical and experimental method to investigate the impact of a high leakage location and downwind storage tank on gas diffusion based on three (1.05H, 0.90H, and 0.77H, H was the tank height, 22m) leakage field experiments on the leeward side of storage tank, which have been not conducted before. The experiments revealed an unexpected phenomenon: the maximum ground concentration first decreased and then increased with increasing leakage height. The simulations illustrated that the differences in micrometeorological conditions caused the maximum ground concentration of gas emitted from the roof to be higher than that emitted from the tank wall near the storage tank height. The downwind storage tank 1) had little influence on the entire diffusion direction but altered the local diffusion pattern; 2) reduced the maximum ground concentration (∼18.7%) and the distance from the emission source (approximately a storage tank diameter); and 3) had strong influences on the concentration, velocity, turbulence, and pressure on the leeward side. The concentration negatively correlated with the velocity, pressure, and turbulence in the middle of the two storage tanks on wind centerline. Our results can improve understanding of gas dispersion in tank areas and provide references for mitigating loss and protecting lives during emergency response processes.     

超细冷气溶胶抑制油气预混爆炸实验研究

大型油罐区火灾事故往往伴随着油气爆炸,对应急救援消防官兵生命安全带来威胁.具有可压缩性、流动性和弥散性特征的超细干粉冷气溶胶对泄漏可燃油气爆燃爆轰有抑制作用.采用三路进气20L球试验装置模拟油气-空气与超细干粉冷气溶胶预混点火燃爆过程,实验结果表明:超细干粉冷气溶胶具有物理和化学双重抑爆作用,随着抑爆剂用量的增大其最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率呈下降趋势,且爆炸感应期明显被滞后;抑爆过程油气爆炸指数快速下降后趋于稳定,抑爆效果与超细粉体本身特性、抑爆剂用量及油气点火时刻有关.该研究有助于优化油气环境的最佳抑爆条件,对大型储油罐区油气防火防爆防护和抑爆技术的应用具有积极意义.     

基于数值模拟的槽边射流吹吸罩控制面与控制风速研究

槽边射流吹吸罩已广泛应用,但以射流理论为基础的计算方法多通过经验确定关键控制参数,并进行设计和应用,忽略了一些因素对吹吸流场的影响,难以准确确定槽边射流吹吸罩控制面板位置和控制污染物所需最小风速的要求。因此,以苏联巴杜林的射流末端速度法为例,利用计算机流体力学计算技术,对不同送排风速情况下三维槽边射流吹吸罩的流场分布和毒物控制效果进行模拟分析,确定槽边射流吹吸罩控制面位于0.6～0.8 L的位置,一般取0.65 L的位置,为防止污染物扩散,控制面的风速不宜小于1.28 m/s。     

油水两相流弯管处安全分析

针对油水两相流经过弯管时的流向改变会导致流体速度和压力发生突变,造成发生静电事故和腐蚀事故风险上升 的不利影响,提出了RSM模型和Mixture模型相结合的安全分析方法。该方法对不同入口速度和含水率的油水两相流进行 数值模拟,并用Origin软件拟合了进口最大允许流速与管径及含水率的经验关系。结果表明,在含水率和入口速度一定 时,随着管径的增加,弯管处的最大速度呈现逐渐减小的趋势:当管径和入口速度一定时,随着含水率的增加,弯管处 的最大速度也逐渐减小。最大压力出现在弯管外拱壁处,最小压力出现在弯管内侧拱壁处。在实际生产中,增加弯管下 游直管段内侧壁的壁厚,可有效防止空化腐蚀所造成的危害;通过含水率来确定安全流速,可有效降低静电事故的风险 。     

可燃气体储罐区泄漏危险性定量分析

对位于某城市中心附近的可燃气体储罐区的气体泄漏危险性进行了分析,求出了下风向最大可燃范围和中毒范围.进行灵敏度分析以便识别风速、泄漏面积对泄漏危险性的影响.分析结果显示,风速、泄漏面积对泄漏危险性有显著影响.随着泄漏面积增大,下风向最大可燃范围增大;随着风速的增大,下风向最大可燃范围则减小.最后提出了若干安全措施的建议.     

超大空间空气流动的数值分析

利用计算流体力学专业软件umoni 2.0对超大空间的空气流动过程进行数值模拟,分析了速度场、温度场和压力场分布规律以及送风温度和送风速度对超大空间空气流动的影响.研究发现,超大空间进风口压力为负压,并以辐射状向周围负压递增,中间区域达到最大负压,在底部中间处出现正压.进风口温度最低,并沿着射流方向递增.墙壁及超大空间底部温度明显低于中部及顶部温度,但高于进风口温度,中部和顶部温度变化不明显.进风口速度明显大于其他区域速度,且沿射流方向递减,中部回流区有两个较大的涡流.当送风速度变大或送风温度减小时,底部温度可达较低温度,制冷效果明显;而送风温度与送风速度变化对超大空间的压力分布几乎没有影响.     

旋转风幕流场的数值模拟及实验研究

基于流体力学中空气射流理论,建立气幕旋风排风罩流场的三维数学模型。影响气幕旋风排风罩效果的因素很多,主要包括:射流气动参数、吹吸气动参数以及流动空间的边界条件和装置结构等。针对不同送风速度、不同送风角度下两种情况进行分析,并利用FLUENT计算动力学软件对这两种情况下气幕旋风排风罩的流场进行了数值模拟,经过比较确定出最佳效果时的参数,并利用示综烟雾进行了实验。结果表明:所建立的气幕旋风排风罩流场的数学模型完全正确,所确定的最佳效果时的参数和实际情况基本一致,可用于工程实际。