利用地理格网计算方法模拟放射性气体扩散

传统放射性气体扩散计算方法多适合理想的地理环境,未充分考虑复杂地理环境的影响。为提高传统方法在复杂地理环境下,放射性气体扩散模拟的真实性与效率,建立利用地理格网模拟放射性气体扩散的方法,描述利用地理格网计算模型进行气体扩散模拟的方法原理与实现流程。最后用此方法模拟某一复杂风场与地形环境下放射性核素的扩散过程。结果表明:利用地理网格进行放射性气体扩散模拟,能够模拟复杂的地理环境中的扩散,能充分考虑复杂风场、地形、气体干沉积与放射性衰变的综合影响,实现放射性气体扩散的快速动态可视化。     

垃圾填埋场恶臭气体的扩散规律研究

为了研究垃圾填埋场恶臭气体硫化氢在大气中的扩散规律,以某垃圾填埋场为例,利用AERMOD空气扩散模型输出垃圾填埋场周边地区各网格点的浓度预测结果,并利用Surfer软件绘制最高浓度等值线图.根据模拟结果、浓度等值线图得到最不利气象条件下整个区域的硫化氢浓度分布.通过浓度分布图分析得出,垃圾填埋场恶臭对周边的污染主要受到气象条件、地理位置、恶臭间歇性高释放率的释放特点、恶臭释放源强等因素的影响.     

危险化学品泄漏的大气扩散数值模拟

对苯在大气中的扩散进行数值模拟,估测泄漏气体污染范围、各阶段苯的泄漏速率,以及发生池火灾时热辐射的危害范围等,量化了大气温度、地面风速、地面粗糙度(地形、建筑因素)等环境因素对不同危险性级别区域分布的影响,得到了苯扩散距离随大气温度、地面风速以及地面粗糙度(地形、建筑因素)的变化曲线,探讨了在不同环境因素作用下苯的大气扩散规律,并对研究结果进行分析。     

CALPUFF与烟团模式在复杂地形环境风险评估中的比较分析

CALPUFF模式是一个多层、多物种、非稳态的烟团扩散模式,可以模拟时空变化的气象场对污染物输送、转化和清除的影响,其气象场由实际气象观测资料结合中尺度气象模式模拟结果、实际地形土地利用资料等根据质量守恒原理诊断给出。应用CALPUFF模式系统对四川省罗家寨气田典型的高含硫天然气集输管线破裂过程的风险影响进行了环境风险评估,并与该项目环评报告中用大气扩散烟团模式得到的风险评估结果进行对比。结果表明,CALPUFF模式从诊断风场得到的最不利气象条件以及最不利气象条件下的风场与大气扩散烟团模式指定的最不利气象条件和诊断风场存在较大差异,从而导致了H2S扩散的差异。其中,CALPUFF模式得到的最不利气象条件下各风向的瞬时严重伤害和半致死浓度值范围沿着山谷走向分布在东北、西北和南方,而大气扩散烟团模式模拟的结果也出现在其他方向。另外,CALPUFF模式模拟得到的30 min平均最大浓度分布结果中半致死浓度范围与其他模式结果一致,比大气扩散烟团模式结果小得多。     

天然气管道非稳态泄漏扩散的数值模拟

针对长输天然气架空管道泄漏问题,综合考虑风速随海拔变化的边界条件、管道管形及泄漏方向等因素,建立非稳态泄漏模型,对不同管道泄漏压力和不同天然气浓度边界的天然气非稳态泄漏扩散进行了数值模拟。结果表明:在天然气向下泄漏的工况下,天然气气团主要在地面积聚,呈无规则的扩散;天然气管道泄漏压力与气体泄漏扩散速度成正比,与天然气浓度边界达到稳定所需时间成反比:不同泄漏压力下天然气扩散稳定后的扩散距离及泄漏影响面积大致相同;天然气浓度边界越小,达到稳定所需时间越长。     

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。     

Matlab在危险气体扩散模拟分析中的应用

利用Matlab程序,并选取适当的气体扩散模型,对危险气体的扩散进行模拟和分析,不仅可以快速精确完成复杂的计算和分析, 输出对应数据图形,使得安全工作者直观和便捷地熟悉事故情况,及时作出决策,采取应急方案.通过对危险气体泄漏后的浓度计算和浓度等高线模拟等,迅速地判断事故周边区域的安全状态,等浓度曲线反映出了影响气体扩散浓度与大气稳定度和风速的关系.     

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.     

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。     

密闭空间燃气泄漏爆炸危险区域迁移规律

为了给室内燃气泄漏爆炸事故的预防和事故后果评价提供理论依据,借助计算流体力学技术,对密闭空间内燃气泄漏扩散的非稳态流场进行了数值模拟,着重考察了燃气爆炸危险区域随时间和空间的分布特征。研究结果表明,在泄漏初始阶段,爆炸危险区域位于泄漏源上部。随着泄漏和扩散的持续发展,爆炸危险区域整体下移,最终迁移至地面附近。爆炸危险区域范围随时间由小变大,再由大变小。爆炸危险区域在房间下部的持续时间明显长于房间中上部。     

坡屋面建筑周围放射性物质扩散的数值模拟

坡屋面建筑分布广泛,周围风场分布复杂,为解决放射性物质的绕流扩散问题,运用Open FOAM对坡屋面建筑周围的不可压缩稳态流场进行了三维数值模拟,增加组分扩散方程,研究了入流风速和屋顶倾角对放射性物质扩散的影响。结果表明,入流风速越大,放射性物质扩散越充分。坡屋面建筑排布影响风场分布,进而影响烟羽形状。当上游建筑的屋顶倾角在15°左右、下游建筑的屋顶倾角在25°左右时,在竖直截面上,速度流线沿下游建筑背风坡面爬升,烟羽抬升较高,烟羽呈上扬型;在水平截面上,顺时针涡旋和逆时针涡旋对称分布,导致烟羽对称分布,此时污染范围最小,扩散作用最为显著。可见合理的建筑布局可以减小放射性污染事件对周围环境造成的危害。     

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。     

含硫天然气管道泄漏扩散危险区域的多因素耦合分析

为在含硫天然气管道发生泄漏后制定科学有效的风险防控措施,采用数值模拟的方法,分别以泄漏孔径、风速和大气温度为影响因素,以泄漏发生后CH₄扩散的最大面积、CH₄爆炸危险区域面积和H₂S中毒危险区域面积为试验指标,研究3种因素对试验指标的影响。结果表明,泄漏扩散危险区域受泄漏孔径的影响最大,其次是风速,大气温度对其的影响较为不明显。此外,泄漏孔径对H₂S中毒危险区域影响程度最大,对CH₄最大扩散区域影响次之,对CH₄爆炸危险区域影响程度最小。风速和大气温度趋势一致,对CH₄爆炸危险区域影响程度最大,对H₂S中毒危险区域影响次之,对CH₄最大扩散区域影响程度最小。     

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。     

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。     

城市加气站液化石油气埋地储罐泄漏扩散模拟研究

分析城市加气站液化石油气(Liquefied Petroleum Gas,LPG)埋地储罐泄漏后LPG在砂土介质中渗流扩散的物理过程及特点,确定埋地储罐不同位置泄漏出现的物质流动状态,分析LPG在砂中传输过程中与砂、空气、水之间的传热、传质方式.采用LPG渗流扩散传热、传质多相混合数值模型,对某城市加气站LPG埋地储罐气相区发生泄漏事故在含水量不同的罐池中渗流扩散过程进行模拟,得到LPG饱和度、危险浓度、压力、流速等空间分布规律以及流动趋势、出口浓度变化,并对影响LPG流动的主要因素进行分析.模拟结果表明罐池出口位置对气体渗流扩散方向的影响大于储罐壁面形状和重力的影响;泄漏口和出口附近区域压力随距离下降梯度较大,中间压力下降较缓;储存压力是影响LPG在砂土介质渗流过程中压力的关键因素;在同一位置气体在非饱和砂中渗流的压力高于气体在干砂中的压力;存在砂土中的水有阻碍气体扩散的作用.     

复杂山区地形水利水电液氨施工泄漏研究

水电工程中液氨泄漏扩散对周围居民的危害很大,疏散区域划分成为重要的防护措施,但在复杂地形条件下确立准确的疏散区域成为难题。为解决这一难题,通过现场调查所得数据,采用大涡模拟方法对泄漏气体扩散进行模拟,分析氨的泄漏扩散在大气中的扩散规律,研究泄漏气体的扩散动力学演化过程及影响范围,计算泄漏事故中不同时间段影响范围,得出时间序列上的爆炸危险区域和有毒气体影响区域,最后总结分析制定安全防护距离的影响因素,为周边居民安全防护策略提供参考。     

武汉市下垫面变化对大气污染物扩散和气象要素影响的数值模拟

大规模的土地覆被变化改变了地区地表环境的能量收支平衡,造成大气边界层内流场特征和湍流特征的改变,使得区域内污染物的扩散、转化和积累等规律也发生变化。根据CALPUFF的格式要求,将武汉市SO_2排放量较大的源设置为点源,耦合中尺度气象预测模型(MM5)和气象诊断模型(CALMET)模拟边界层气象要素场。在边界层气象背景下,采用中尺度气象模型(MM5)和空气质量预测模型(CALPUFF)对武汉市空气中污染物SO_2的扩散进行数值模拟分析。重点分析了武汉市主城区下垫面城镇建设面积由70年代的65km2增加到目前的106 km2情景下,大气污染物扩散和气象要素的特征变化。研究区域下垫面城市面积增加后,大气污染物扩散特征为主导风下(上)风向影响范围较远(近),等值线变化梯度较小(大)。两种下垫面情况下,区域SO_2最大日质量浓度的季平均值夏季最大、冬季最小,是由于地气能量的交换在夏季最强、冬季最弱;区域内小时最大质量浓度的逐时变化无明显差异。下垫面面积增加对近地面水平风场、稳定度的影响不显著;对混合层高度的影响较为显著,典型日小时混合层高度均有所增加,表明由于城镇面积扩大,市中心、工业区随之扩大,增大了地表受热面积,混合层高度变高。     

基于Google Earth的城市大气污染扩散模拟分析

针对城市环境下的大气污染物扩散问题,采用Google SketchUp,从Google Earth地图中提取建筑物高程、经纬度等地理位置信息,建立城市三维模型。基于湍流理论和气体运动方程,模拟污染物在城市环境中的扩散演化过程,重点讨论了污染物扩散的运动规律及危险区域的变化。实验结果说明,污染物浓度一般集中在泄漏口的下方向,高浓度污染区呈现为狭长的椭圆区域,并随时间逐步扩大,但经过较长时间的扩散高浓度污染区趋于稳定。根据污染物扩散数值模拟结果,结合Google Earth地图绘制了污染物扩散危险区域图,为相关部门制定事故应急决策提供参考。     

航天发射场液体推进剂的泄漏扩散模型研究

为了实现对有毒推进剂泄漏扩散浓度的快速估算,对液体推进剂偏二甲肼在发射场泄漏蒸发扩散的实际情况进行理论分析,建立扩散模型,并从泄漏源、沉积效应、地面反射、大气稳定度等方面对扩散模型进行完善;应用数值模拟方法进行仿真,将数值模拟结果与实验数据、理论计算结果进行对比分析。研究结果表明:气体扩散模型与数值模拟及实验结果基本一致,但扩散模型计算结果偏小,这是由于推进剂进行了燃烧和氧化反应,扩散区域温度上升,大气稳定度降低,实际浓度更大。