喷浆支护掘进工作面通风热环境数值模拟

为准确分析矿山掘进工作面喷浆支护后的热环境,采用工程实测和数值模拟的方法对喷浆支护掘进工作面热环境进行研究.在分析混凝土水化放热原理、喷浆支护掘进工作面热交换原理和标准κ ε湍流模型的基础上,结合矿山工程实例,利用ICEM CFD和Fluent软件建立喷浆支护掘进工作面模型,模型中通过对支护体设置热源形式实现混凝土水化放热的模拟.制定方案进行掘进工作面温度实测和数值模拟,通过实测数据验证了数值模拟的准确性.分析数值模拟喷浆支护掘进工作面温度场和速度场的分布规律,得出断面温度随混凝土龄期呈多项式函数规律变化,可为矿山掘进工作面热害控制提供参考.     

基于混凝土循环剥落的隧道火灾损伤数值模型研究

为研究混凝土高温剥落对隧道衬砌火灾损伤的影响，在现有隧道结构非线性瞬态热—力耦合有限元模型基础上，提出1种在火灾高温条件下混凝土发生剥落的循环算法，以模拟火灾下衬砌结构截面面积的损失，并引入混凝土临界剥落温度的概念，得出基于混凝土循环剥落的隧道衬砌火灾损伤数值模型建立流程。利用该模型对某隧道衬砌结构进行火灾损伤模拟，并与试验结果进行对比验证。结果表明:火灾下隧道混凝土衬砌结构内逐渐增大的热应力是导致普通混凝土高温剥落的主要原因；可将衬砌受火面是否达到临界剥落温度作为隧道发生高温剥落的充分条件进行火灾损伤分析；模型求解所得的数值模拟结果与现场火灾试验数据基本吻合，验证了其可行性；混凝土高温剥落与否对衬砌结构等效温度应力有较大影响，在隧道衬砌结构抗火性能分析过程中应尽量考虑混凝土高温剥落造成的影响。     

徽派古建筑典型结构对烟气组织形式的影响

从极具历史和文化价值的徽派古建筑群中提取模型进行火灾数值模拟研究,得出其典型构筑形式对火灾烟气蔓延、烟气速度、温度和分布形式的影响.在模拟过程中,大涡模拟方法被用于求解Navier-Stokes方程.对比数值模拟试验在具有"马头墙"结构和无"马头墙"结构两种情况下展开.结果表明,徽派古建筑特有的"马头墙"结构能有效地阻止火势蔓延到隔壁房屋,但其与"天井"围成的竖井结构虽具备提高人员疏散的成功率的优势,然而从热释放速率、温度截面图和速度截面云图中发现,对流加强致使轰燃发生的时间提前,且强度较无马头墙时高.     

ESP粉尘二维输运方程中紊流掺混系数及边界条件的确定

求解电除尘器ESP(Electrostatic Precipitator)电场粉尘输运方程中粉尘浓度分布时,确定紊流掺混系数及边界条件至关重要.根据紊流传质原理,推导出紊流掺混系数; 通过雷诺数将电风影响引入紊流掺混系数,推导出紊流掺混系数随电晕线到极板距离的增大而增大.极板附近存在具有一定厚度的层流边层.分析层流边层中荷电粒子迁移输运行为,得到极板处粉尘浓度变化规律,这可作为求解输运方程时极板处的边界条件.用Matlab程序求解输运方程.经验证,理论计算的数值结果与试验结果一致,这表明本文所推导的紊流掺混系数和边界条件是正确的.本文使ESP收尘过程的理论研究更加深入,对提高ESP的收尘效率也具有重要意义.     

基于双色法的层流扩散火焰温度场和烟黑浓度场重构

高温和烟气是火灾事故中造成人员伤亡的两个重要因素,能快速准确地获取火焰温度和烟黑浓度的分布,是对燃烧产热量和发烟量的控制方法进行深入研究的前提。根据双色法的理论基础,结合火焰单元的划分方法,整理并简化了火焰温度和烟黑浓度求解过程。利用自主开发的软件进行重构计算,并选取甲烷/空气轴对称层流扩散火焰为例进行试验。重构结果表明,烟黑浓度和温度的分布在轴向方向上均呈现双峰到单峰的特点。将重构结果和数值模拟的结果进行对比,发现温度峰值和烟黑浓度峰值的相对误差分别低于1.59%和6.08%,表明重构结果和模拟结果具有较好的一致性。因此,可认为该重构方法具有可行性。     

输气管道高后果区蒸气云爆炸超压预测方法探究*

为准确预测输气管道高后果区在发生蒸气云爆炸事故时的超压分布情况,对国内外运用较为广泛的蒸气云爆炸超压预测经验模型和数值模拟方法进行调研,并分别应用其对某输气管道全尺寸泄漏燃爆实验进行超压预测,结合实验数据和输气管道高后果区管理现状进行方法准确性和工程适用性分析。研究结果表明:基于等效TNT假设的Henrych模型、Mills模型和等效TNT当量数值模拟方法均不适合准确预测蒸气云爆炸超压,TNO多能法和混合气体数值模拟方法所预测的结果较为接近实验结果。TNO多能法使用简便且推广性强,但主观性较大,易高估或低估爆炸后果;混合气体数值模拟方法操作繁琐且推广性差,但分析结果精度较高。在对高后果区进行安全管控时,可结合TNO多能法与混合气体数值模拟方法同时对管道工况进行评估,确定TNO多能法的爆源强度等级,继而推广使用TNO多能法。该研究结果可在较大程度上保证评估的准确性并节约成本。     

钢构件非均匀温度分段方案对结构响应模拟精度的影响

局部火灾条件下的非均匀温度分布会通常会导致钢结构构件的非均匀温升并影响其安全性能,在进行结构火灾安全分析时通常需要将这种非均匀分布分段平均处理.本文利用结构分析软件数值模拟研究了温度分段平均处理方案对设定的非均匀温度分布的钢结构轴力、剪力、弯矩、挠度等力学参数的影响.研究结果表明:合适的温度分段平均处理可以比较准确地反映非均匀温度分布对这些参数的影响,为进一步的结构安全分析提供条件.本案例中将非均匀温度分布平均处理为20段就可以将相对误差控制在5%以内.     

火灾中既有地铁车站混凝土结构温度分布的变化

为了研究既有地铁车站发生火灾时,其混凝土主体结构中温度的变化情况,以某地铁站主体结构为对象,使用FLAC3D对该地铁站进行了模拟,构建了火源产生的除混凝土结构外的热对流和热辐射叠加温度场.根据温度不同材料性质不同的现象,在模拟过程中随温度升高实时调整材料参数,使模拟结果更加准确.模拟了从4℃到1000℃期间的3个设定位置火源使结构温度场的变化.结果表明:在定量角度,车站各部分温度变化与火源温度变化存在一定的数值关系;定性得到,结构越连续,空间刚度越大,热能在车站混凝土结构中传播越快,温度分布越均匀.对该地铁站提出了一些应重点防护的位置.     

高压CO2管道泄漏的瞬态行为数值研究

作为碳捕捉与封存(CCS)技术中重要的一环,高压CO2管道运输过程中极有可能发生破裂事故,导致CO2的大规模泄漏,进而对周围造成一定的危害.针对CO2管道泄漏的瞬态过程准确预测问题,利用用户自定义函数(UDF)和用户自定义真实气体模型(UDRGM),将Span-Wagner状态方程和Lee相变模型嵌入Fluent求解器中,建立了非平衡相变数值模型.并通过与相关试验数据进行对比分析验证了该模型的准确性.在此基础上,进一步分析了小尺度泄漏模型的瞬态行为.结果 表明:泄漏发生后形成的两相流加速膨胀形成马赫盘结构;出口质量流量迅速上升到32.5 kg/s,然后慢慢增加到35 kg/s左右,随后保持稳定;射流区域的温度低于环境温度,在10 ms内的最低温度接近254 K.     

有热源巷道风流温度分布非稳定模型及数值计算

针对矿井有热源巷道中风流温度分布非稳定计算问题，通过通风巷道存在放热源-对流-扩散-热交换的非稳定温度传播方程，建立一维有限元数值模拟求解方法的数学模型，讨论按放热强度（2类热流量条件）的热源项处理算法，给出有热源通风巷道风流初始温度均匀分布与非均匀分布的定解条件，并编写计算机仿真程序进行求解计算。结果表明:在起点27 ℃-热源300 kW和起点32℃-热源100 kW的不同边界条件和热源强度下，有热源通风巷道中温度分布的非稳定传播过程；数值解收敛准则用Peclet数来衡量，取Pe<2作为收敛条件，程序中根据Peclet数自动加以判断，算例中剖分单元长度1.5 m，模拟时间步长取2 s不发生振荡。实现了巷道中风流各点的温度和温度分布随时间的变化过程的描述，为矿井系统多设备热源散热计算及热害防治设计提供基础算法。     

矿井下着火点位置数值模拟研究

矿井煤炭自燃是煤矿五大自然灾害之一,而煤炭自燃隐蔽着火点位置的确定是解决煤炭自燃问题的关键。本文结合实际情况将火源位置的确定问题归结为热传导方程的寻源反问题。在理想状态下,把煤矿井下热传导的三维模型简化为二维模型,建立热传导方程及初始条件和边界条件,在matlab中编制了有限差分程序对井下着火点的温度场进行了正反演模拟。数值模拟结果表明:该方法能够较准确地反演出火源的特性,并随着离散化程度的提高,离散解逐渐逼近真实解。通过本文的数值模拟我们得知有限差分法求解热传导寻源反演的方法是解决矿井隐蔽火源发火点位置的有效途径之一,对矿井防、灭火研究具有较高的理论和实际应用价值。     

火灾下大空间结构温度场的数值模拟分析

大空间结构近年来在我国得到了迅速的发展,然而,我国原有防火规范常常无法满足该类结构防火设计的需要。目前性能化设计方法是防火研究领域的发展趋势,而结构内部温度场的准确计算与否是其中非常关键的重要环节。笔者利用流体动力学计算软件FLUENT对不同火灾曲线和火源功率下,典型尺寸模型的温度场随时间与空间的分布情况进行了计算模拟,并与我国《钢结构防火技术规程》(征求意见稿)中近似公式计算结果相对比,同时对规范中未规定的火源功率可否使用已知值采用线性插值方法求解进行了讨论,并深入分析了此简化计算公式存在的局限性。     

危险品道路运输多目标路径优化方法研究

道路危险品运输路径优化是提高危险品运输安全的一项重要措施。通过对国内外文献的分析研究，本文提出了危险品道路运输路径优化的数学模型，该模型首先求出单项目标的最优解，然后找出每项目标的实际值尽可能接近各自单项的最优值。本文也建立了包括路线长度、时间、费用、路线风险、敏感目标人数在内的危险品道路运输目标体系，并给出危险品运输路线选择决策的程序，为政府相关部门进行路线选择提供决策依据。     

基于序次Probit模型的航道船舶碰撞危险度研究

船舶碰撞严重威胁着船舶水上航行的安全,船舶碰撞危险度的研究能够为船舶避碰提供有效的预防手段和合理的科学依据。选取航道船舶碰撞危险度作为状态变量,选取船舶会遇方式、风速和能见度作为控制变量,运用序次Probit模型拟合出碰撞危险度状态方程。分别对人为判断和序次Probit模型的碰撞危险度利用插值技术,描绘出控制变量对状态变量的作用效果变化特征图。研究结果表明,拟合状态方程可以良好地表征系统状态的连续变化特征,序次Probit模型能够有效克服人为判断的不确定性。     

区间数多属性决策在飞机一发失效应急程序方案优选中的应用

针对在飞机一发失效应急程序方案的选择中,很多定量因素难以精确量化的问题,将区间数多属性决策运用到飞机一发失效应急程序方案的优选中,构建了评价指标体系。此评价指标体系应用基于理想解的区间数多属性决策的相对隶属度法来选择最佳方案,该方法通过计算并查找现有方案的相对隶属度最大值来确定最佳方案。最后举例说明如何在实际中使用此方法。     

深井高温热环境的数值评价

根据井下工作面热环境的特点,采用了数值模拟的方法,对高温巷道中的热环境进行数值模拟计算,并应用预计热舒适指标(PMV)对不同设计参数的井下环境的热舒适程度进行科学的评价,给出了高温巷道中的速度场、温度场、热舒适PMV值。以某矿山高温巷道为实例进行了热环境评价,得出了热环境评价结果。结果表明在温度为40℃的高温巷道中,采用入口处风速为0.8m/s即可满足通风降温的要求,所得结果更具有直观性、准确性,为最优通风降温方案的确定提供了技术依据。     

基于时间特征指数的水源地突发性污染事件应急评估方法研究

应急评估及其方法研究是建立水源地突发性污染事件应急机制的关键环节之一.在综合评价现有相关应急评估方法的基础上,根据水源地突发性污染事件的风险源不确定性、受体易损性以及需快速反应性等特征,提出了对突发性污染事件的危害影响程度进行应急评估的"时间特征指数"方法.选取了泄漏物质危害性、泄漏量、泄漏位置、流速和风速5项评估指标,计算得出能够反映突发性污染事件对取水口危害威胁性的综合指数.对上海市黄浦江上游水源地一起突发性污染事件进行了案例评估,结果表明该方法具有一定的科学性和可行性.     

郑州环境空气中粉尘浓度的统计分析及预测

对郑州市2005年1月—2009年12月份的可吸入颗粒物(PM10)指数数据进行统计分析,并利用Matlab软件建立了利用气象要素预测PM10的BP神经网络模型。结果表明:2005—2009年郑州市PM10指数的年均值和空气质量超标天数逐步下降,且趋于稳定;年内各月的PM10指数浓度差异很大,冬季PM10指数显著高于夏季,8月最低,而12月最高;采暖期PM10指数显著高于非采暖期,而节假日对于PM10指数的影响不明显;通过平均风速、平均气温、平均气压和平均相对湿度预测PM10浓度可以达到最高精度86.85%。     

改进的模糊灰色关联分析法在热舒适度影响因素评定中的应用

针对灰色关联分析中由于比较序列曲线间空间位置不同而引起关联误差,分辨系数取定值不合理,取平均值求关联度影响评价准确性等缺陷,本文采用了线性变换及合理判定分辨系数的方法,确定了改进的关联系数,并结合模糊系统中的贴近度原理,提出了一种改进的灰色关联度求法.采用该方法对影响井下人体热舒适度的因素模糊灰色化后进行了评定分析.实践证明,该方法具有简单、可靠、准确等优点.