超压防护急救车车厢内生物污染物运动扩散的数值模拟与试验验证

为考核超压防护急救车通过生物污染区域时的车厢环境安全性,运用CFD方法和拉格朗日颗粒随机轨道模型,对车厢内的生物污染物运动扩散进行了数值模拟,并通过试验对比研究了车厢内污染物浓度场的分布状态.试验结果与模拟结果基本一致,说明拉格朗日颗粒随机轨道模型能较好地反映生物污染物运动扩散的时空分布特点,超压防护急救车车厢环境安全性良好.     

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CFD的城市埋地天然气管道泄漏扩散数值分析

针对城市埋地天然气管道泄漏天然气扩散问题,基于计算流体动力学CFD方法建立城市埋地天然气管道泄漏扩散数值模型,对天然气的主要成分——甲烷在土壤中的扩散行为进行模拟与分析,根据甲烷的爆炸极限观察天然气泄漏扩散危险区域变化,并分析不同孔隙率土壤对天然气扩散的影响。研究结果表明:埋地天然气管道泄漏气体扩散至土壤过程中,气体浓度等值线出现不规则变化,高浓度区等值线近似为椭圆,浓度梯度随时间的增加而减小,爆炸下限位置在天然气泄漏初期迅速变化,10 s后以均匀速度向地表移动;土壤孔隙率对天然气对流扩散影响显著,孔隙率越大,管道泄漏口处高浓度区域越大,中浓度区域越小,低浓度区域越容易扩展到地表,浓度梯度变化趋势相似。     

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。     

核电厂厂区实验室乙炔泄漏扩散过程的数值模拟

为了得到核电厂厂区实验室乙炔在复杂气流环境下的泄漏扩散规律及事故的危险范围,在建立了乙炔实际泄漏环境条件下物理模型的基础上,采用CFD对厂区实验室两类乙炔泄漏扩散过程进行数值模拟,得到乙炔泄漏后的室内扩散过程,以及在不同时间内室内存在爆炸极限的区域和达到爆炸极限的范围,同时给予了讨论和分析.研究结果为实验室可燃气体探测、管道布局与实验室风口设计配合、泄漏实验室危险处置和安全技术管理提供理论依据.     

基于ALOHA研究二甲醚罐车发生喷射火事故

以某厂二甲醚罐车在充装过程中泄漏发生喷射火事故为背景,利用ALOHA模拟软件对其进行模拟计算,得出事故危险区域范围,并利用Google Earth对其进行可视化。根据多米诺效应,喷射火有可能引起周围罐车损坏,发生火灾或爆炸事故,利用多米诺效应的风险分析方法,计算出周围罐车的失效概率,确定罐车之间的安全距离。     

基于MIKE21模型的洋河水库水质模拟

近年来,由洋河水库富营养化引起的供水安全问题日益突出。为应对洋河水库富营养化问题,基于迁移扩散及对流扩散理论,利用MIKE 21二维水动力模型对其水质进行了模拟。考虑污染物随水流入库及出库过程,分析了在水动力作用下TN、TP、NH_3-N随时间迁移扩散的质量浓度变化及分布情况。结果表明:模拟初期污染物以扩散为主,高浓度区域主要集中在入流处,在入流高峰期污染物向整个库区扩散,垂直水库中心线以西出现高质量浓度水域;入流与出流稳定期污染物以降解为主,水库中心水域污染物质量浓度较高。最终模拟得到库区TN质量浓度约为4.5 mg/L,TP质量浓度为0.06~0.075 mg/L,NH_3-N质量浓度为0.20~0.25 mg/L;9月水库实测TN、TP、NH_3-N质量浓度分别为5.0 mg/L、0.008 mg/L、0.20 mg/L,与模拟结果基本一致。研究表明,8月中旬到9月中旬,洋河水库污染物浓度较高水域极易暴发富营养化,此结论可为洋河水库水质评价、供水安全及污染物治理提供参考。     

危险化学品大气污染事故模拟

近年来国内突发性危险化学品大气污染事故频繁发生,为及时做出风险评估及救援决策,需要在事故初发阶段快速模拟确定其危害程度和范围。以东部沿海地区某一假想化工厂突发性泄漏事故为例,对其可能的危害范围进行模拟,采用WRF-CALMET模式模拟事故区域的高分辨率气象场,耦合随机模式模拟污染物的扩散过程。结果表明,WRF能精确地模拟1 km分辨率的近地面气象场的演变趋势。将该结果用于CALMET模式获得了高分辨率风场数据,再输入随机模式中进行扩散模拟,结果显示该模式能合理地模拟出污染物的危害范围及地面最高浓度。     

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。     

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。     

城市建筑密集区烃类污染预警监控及应急响应

文中采用ADMS-Urban大气扩散模型对城市建筑密集区污染物扩散进行数值模拟研究,并结合以加油站为主的非甲烷总烃废气排放实例,建立大气污染预警监控及应急响应机制。模拟前,以现场实测结果对模型进行验证。模拟中,系统地研究主要气象参数风向、风速影响规律,展示超标区域范围,计算超标概率并统计时间分布规律,以此提出对应的管理和控制措施,研究方法及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。     

负压防护急救车车厢内生物污染物运动扩散的数值模拟与试验验证

为掌握负压防护急救车车厢内生物污染物的分布情况,运用计算流体动力学(CFD)方法和拉格朗日颗粒随机轨道模型,对该车车厢内生物污染物的运动扩散进行数值模拟;并通过试验对比研究车厢内污染物浓度场的分布状态,试验与模拟的结果基本一致。同时表明:该随机轨道模型较好地反映生物污染物运动扩散的时空分布特点;负压防护急救车车厢内污染物浓度较高,医护人员应穿戴有效的个人防护器材。     

基于真三维GIS的危险化学气体泄漏扩散动态模拟仿真系统

针对传统危险化学气体泄漏扩散软件在模拟表现力方面的不足,提出将改进的随机游走大气泄漏扩散模型集成到真三维地理环境信息系统中,完成了基于真三维GIS环境下的危险化学品泄漏扩散模拟仿真系统的设计与开发.该系统能够在真三维场景中直观地展示危险化学气体的三维扩散过程,实时显示危险化学品泄漏扩散浓度分布图及事故不同程度的危害范围.同时通过与PHAST软件模拟结果对比,验证了该系统的可靠性.系统可以直观地、有效地帮助应急指挥人员组织应急救援和疏散,为企业、政府在危险化学品泄漏事故预防、预测和评估以及应急预案的制定提供参考.     

车载LNG储气瓶辅助安全阀燃气扩散的数值模拟

采用FLUENT软件,选择SPMPLES算法,建立车载LNG储气瓶辅助安全阀开启时天然气扩散的预测模型.模拟了两种风速条件下,低温天然气扩散在大气中的浓度分布和温度分布.根据计算结果分析了扩散形成危险区域与风速的关系,为在紧急情况下LNG储气瓶辅助安全阀开启后天然气扩散制定救援措施提供理论参考.     

街区建筑物对城市交通隧道废气排放的影响

采用大气边界层模式和随机游动扩散模式相连接的模拟方法,对上海市拟建的交通隧道排气口附近街道建筑物区域的气流分布和废气排放物浓度场进行了数值模拟分析,设计了6种方案,并按不同的废气排放形式,分别分析了街区的地面污染物质量浓度分布.结果表明,在建筑物存在的情况下,排风口造成的地面污染物质量浓度的最高值会很大,可达0.44 mg/m3,若换成排风塔,则为0.13 mg/m3; 没有建筑物的情况下,由排风口和排风塔造成的地面污染物最高质量浓度分别为0.11 mg/m3,0.4 mg/m3.当风速增大,质量浓度会降低,最大值分别从0.44 mg/m3降为0.2 mg/m3,和从0.13 mg/m3降为0.1mg/m3.分析表明,建筑物附近的气流特征对污染物扩散会起引导作用: 垂直方向上,导致污染物从高空被带入地面; 水平方向上,使得污染物在下风向堆积; 当风速增大时,地面污染物质量浓度值降低.同时研究表明,对排风塔污染物散布起主要作用的是水平方向的气流结构,而对排风口的污染物散布起主要作用的则是其附近建筑物的背风侧的气流下洗效应和水平流场,因此建筑物背风侧有可能成为重污染区.     

突发性河流污染事故水质预警模型

研究河流中污染物的输移扩散及其影响因素,引入死区预警模型及其解析解,模拟污染物在水体中的时空变化,进而预测污染物到达下游特定地点的浓度值及相应时间.实例模拟结果,尤其是对下游断而污染物最大浓度值及其出现时间的预测结果较好,表明建立的模型能够较准确地模拟河流中污染物的输移扩散规律.本研究可为环境风险管理及突发性环境污染应急预案的制定提供科学依据.     

基于CA-气团模型的市内重气扩散模拟与研究

针对市区内的固定地点出现重气泄露,并在街区内近地扩散的事实,构造了基于细胞自动机(Cellular automata)-气团模型,用以进行上述情况模拟.将气体的宏观扩散等效视为多个气团,使用细胞自动机生成气团的运动模型.将气团的特征表示为Qi(→V0i,xi,yi),参考高斯模型确定影响半径D用以区分浓度梯度扩散Sd和自由扩散Sf,并构造了边界接触条件.假设了模拟的市内环境,使用该模型在大气稳定状态下模拟氨气扩散.结果表明:气团的扩散符合实际情况,其在某区域的个数可以代表该区域重气浓度.模拟过程中也表现出了传统模型不具备的扩散特征,这些特征与重气的实际扩散过程更为相近,从而便于逃生和灾害控制.     

危险品运输泄漏引发的河流污染事故模拟研究

针对农药运输过程中发生翻车泄漏事故造成的河流污染,结合SMS软件中的二维有限元水动力模块RMA2及美国环境保护署推出的WASP软件进行模拟研究.利用RMA2模拟水在河流系统中的物理运动,通过一定的转换规则将RMA2输出的结果转变为WASP所需要的形式,运行WASP得到污染物浓度在空间和时间上的变化规律并加以分析.模拟结果表明:在泄漏事故后不久,污染物还没有完全扩散到泄漏点对岸;在一段时间后,在横向扩散的作用下,污染物开始整个横断面上蔓延,断面横向浓度梯度不断减小,但还没有达到完全混合;断面浓度最大值开始从泄漏一侧向河流中心迁移.最后,针对研究案例提出与模拟结果相应的预警分析和应急措施.     

障碍物地形条件下重气泄漏扩散实验的CFD模拟验证

重气泄漏扩散是一种危害性较大的多发事故,而一旦在人口密集区域发生泄漏事故,周围居民将处境危险。重气泄漏后一般沿地面扩散,而地形条件是影响其扩散行为的重要因素。本文利用计算流体力学方法(CFD)对Thorney Island Trial026实验条件进行了数值模拟,考察障碍物对气体扩散的影响并与实验结果进行对比。结果表明,模拟结果与实验数据的吻合性较好,证明CFD软件能够较准确地模拟障碍物地形条件下的重气扩散过程。     

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。