矿井下行通风巷道火灾的数值模拟研究

为了研究矿井在下行通风巷道发生火灾时的烟气浓度和温度的变化规律,本文运用FDS火灾模拟软件,分别设置正常通风、加大通风量和开通排烟支路3种火灾模拟场景,并对3种场景下矿井下行通风巷道火灾时的烟气浓度和温度进行了数值模拟对比研究。结果表明:在开通排烟支路的情况下,能有效控制高温烟气逆流进入进风大巷,且对工作面破坏最小,利于井下人员疏散,并提出了合理的控制措施,以为有效控制矿井下行通风巷道火灾提供指导。     

室内步行街火灾烟气温度和蔓延速度的试验研究北大核心CSCD

室内步行街内可燃物众多、人员密集,又存在特殊的狭长结构,一旦发生火灾,往往会导致建筑内局部温度急剧升高,同时火灾产生的高温烟气会快速在整个建筑内蔓延且难以排出,极易造成大规模的人员伤亡和财产损失。通过全尺寸火灾试验研究了4种不同机械排烟模式下室内步行街火灾烟气温度和蔓延速度的变化规律。结果表明：房间内天花板下方火灾烟气温升随时间的变化存在明显的稳定阶段,该稳定阶段在点火后的出现时间与机械排烟模式、火灾烟气蔓延方向以及距火源的距离有关;机械排烟系统的开启对房间内通风控制火灾燃烧的促进作用大于对火灾烟气的冷却作用,进而使火灾烟气温度升高;机械排烟系统对火灾烟气蔓延速度有限制作用,但不同方向火灾烟气蔓延速度的变化需要综合考虑机械排烟模式、排烟口的位置以及火源功率的变化;现有的挡烟垂壁设置难以有效限制火灾烟气的蔓延速度,需要进行改进以保障人员的安全疏散。     

细水雾抑制受限空间原木火和纸板火的试验研究

以原木火和纸板火两种固态火为研究对象,选择预燃时间和喷雾压力作为影响细水雾灭火效果的两个重要因素,并运用均匀分析法对这两个因素分别选择8个水平,开展了细火雾抑制受限空间原木火和纸板火的燃烧试验,对比分析在特定情况下原木火与纸板火的火源热成像和空间温度的变化差异,揭示细水雾抑制受限空间原木火和纸板火的灭火机理,探讨影响细水雾抑制原木火和纸板火的主要因素。试验结果表明:在细水雾喷淋过程中,细水雾会不断蒸发转变为水蒸气,同时冷却燃烧皿及火源表面,阻止火源的燃烧;在细水雾充满整个受限空间时,很大程度上减弱了火源热辐射,且抑制了热辐射的传播;原木火试验的最优灭火工况为25 s、2 MPa,纸板火试验的最优灭火工况则为20 s、1.2 MPa,且在该条件下原木火和纸板火的火焰熄灭时间分别为145 s和85 s;根据二元线性回归分析的结果可知,影响细水雾灭火效果的主要因素为喷雾压力。     

带式输送机封闭通廊火灾特性研究

为研究带式输送机封闭通廊火灾烟气蔓延、温度及CO分布的影响因素,以某冶金企业厂区内一条运煤的封闭通廊作为研究对象,运用数值模拟方法,重点模拟了不同风速条件下封闭通廊内火灾烟气蔓延、温度和CO浓度的分布状况及其影响因素,并对封闭通廊侧壁开窗和设置喷淋系统后的温度分布进行了模拟分析。结果表明:纵向通风能抑制火灾烟气向封闭通廊内火源上游的蔓延,但加快了火灾烟气向封闭通廊内火源下游的扩散,同时有利于热量和CO的向外排出,延缓封闭通廊顶部达到钢结构临界温度所需的时间;封闭通廊侧壁设置窗户对高温火灾烟气向外扩散有积极的作用,但对火灾的抑制作用不如加装喷淋系统明显。     

城际铁路地下站房烟气控制及疏散安全研究

针对城际铁路地下站房空间受限、人员疏散出口较少和排烟困难等特点,从排烟方式、防烟分区、排烟量计算、楼梯口风速控制方面论述了城际铁路地下站房的烟气控制策略。结合典型工程案例,采用FDS模拟论证了烟控系统的有效性,并对比分析了两种楼扶梯口挡烟措施的优劣;采用pathfinder软件模拟了不同场景下人员的疏散安全性。结果表明:在楼扶梯口设置自动挡烟垂帘的挡烟效果优于采取防火玻璃(门)分隔,在提出的烟控策略有效的条件下,能够保证人员疏散安全;分析方法对同类工程的消防设计具有参考意义。     

防火分隔形式对电缆隧道火灾的影响规律研究北大核心CSCD

针对实际电缆隧道中防火分隔形式多样、差异较大的问题,使用数值模拟的方法对无防火分隔时不同火源规模下的电缆隧道火灾发展规律和三种防火分隔形式对抑制电缆火灾效果的影响进行了研究。结果表明：电缆燃烧长度超过10 m时,火焰会因隧道中部燃烧区氧气供应不足向隧道两端快速游走;对隧道断面采取局部防火分隔的方式无法阻止火焰和烟气的蔓延,且防火分隔限制了空气向火源区域的流动,反而会促使火焰更早开始向初始燃烧区外的部位游走;只分隔电缆支架区域以及分隔电缆支架和隧道拱顶区域时,火焰游走的平均速度为0.14 m/s,在相同情况下无防火分隔时火焰游走的平均速度为0.13 m/s;对电缆隧道全断面进行分隔才能有效控制因缺氧造成的火焰游走,并使火焰自熄灭,从而最大程度地降低火灾造成的危害。该研究可为电缆隧道防火分隔的工程设计提供参考。     

生物通风修复过程中柴油衰减规律的砂箱模拟研究

生物通风(bioventing,BV)是将土壤气相抽提(soil vapor extraction,SVE)和生物降解结合起来的强迫氧化降解土壤中石油的原位修复技术,因其高效、处理费用和尾气处理成本较SVE更低,对地下储油罐泄漏引起的土壤污染治理具有广阔的应用前景。利用砂箱实验模拟了生物通风技术对柴油污染砂土的修复,主要结论如下:在顶部抽提井真空抽提(负压)作用下,砂箱内原有的平衡状态和砂土对柴油的吸附状态被打破,土壤中的挥发性总石油烃(total petroleum hydrocarbon,TPH)在横向和纵向上发生了迁移和扩散,其中纵向迁移和扩散较为明显;间歇通风使得砂箱中TPH高值区的位置不断变化。     

污染源位置对气体污染物影响的数值模拟

在自然通风、置换通风和单侧送侧回式通风3种方式下,通过改变污染源位置,运用CFD软件模拟研究了办公室内苯污染物的浓度分布规律,比较得出最佳通风方式下的最合理污染源位置。结果表明,3种通风方式下污染源放置的最合理位置是点3;苯污染源处于位置3时,3种通风方式中自然通风各平面苯污染物平均浓度普遍相对最高,而单侧送侧回方式的相对最低,置换通风居于二者之间。最终确定单侧送侧回通风方式下污染源处于位置3时为最佳物理模型,在该模型下办公室内通风效果最好,能够有效地排出室内气体污染物。因此,不同污染源位置对办公室内空气品质的影响不同。     

地下车库火灾烟气运动的数值模拟

以CFD软件PHEONICS为基础,采用SIMPLE算法求解N-S方程,对地下车库火灾中烟气的流动、传热与燃烧过程进行数值模拟,得到着火空间的浓度场、速度场及温度场分布等。通过对两种条件下(侧排系统、顶排系统)火灾烟气运动的数值模拟,得出相同条件下顶排系统的排烟性能明显优于侧排系统的结论。     

实施"一处一案"监督管理确保进入受限空间作业安全

石油化工企业的受限空间是指：炉、塔、釜、罐、仓、槽车、管道、烟道、下水道、沟、井、池、涵洞、裙座等进出口受限,通风不良,存在有毒有害风险,可能对进入人员的身体健康和生命安全构成危害的封闭、半封闭设施及场所。由于受限空间内自然条件、施工条件恶劣,进入受限空间作业往往存在很大的风险,如火灾爆炸、中毒窒息、触电、高处坠落等。2000年5月11日,某石化公司炼油厂某装置停工检修过程中,污水汽提原料水储罐清罐作业,清出的含油污水流经储罐附近一动火点,焊渣点燃含油污水着火,回燃后储罐内发生爆燃,     

单开口有限空间自然通风特性及其影响因素研究

通风是保障有限空间内作业人员安全的技术手段。以单开口有限空间为研究对象,采用CFD数值模拟的方法分析了单开口有限空间自然通风的流场特性,计算了自然通风的通风风量和有毒有害气体浓度降低的速度,并研究了外界风速、外界风向、有限空间内有毒有害气体组分、有限空间类型4种因素对单开口有限空间自然通风效果的影响。结果表明:自然通风过程中,外界风速越大,通风风量越大,单开口有限空间内有毒有害气体浓度降低的速度越快;对于进出口位于上部的单开口有限空间,在自然通风的过程中,相对于重质气体,轻质气体浓度降低的速度较快;相对于地上有限空间,地下有限空间自然通风的通风风量小,有限空间内有毒有害气体浓度降低的速度慢,实际通风时间需适当地延长。     

一维流三维水动力弥散测定仪的研制

针对目前传统的室内一维、二维测定装置不能完全反映污染物运移过程中的空间特征,设计了一种能测定三维水动力弥散的试验装置。该装置结合平面二维和剖面二维的测定,可以综合反映水动力弥散系数在三维空间的变化规律。通过试验数据显示:平面和剖面上的纵向水动力弥散系数都在0.02左右,平面上的横向水动力弥散系数小于纵向水动力弥散系数3倍左右,而剖面上的横向水动力弥散系数小于纵向水动力弥散系数数十倍;另外,通过分析一维流三维水动力弥散的特征,对试验的效果进行了评价,结果表明该试验装置具有较高的准确性和精度。     

复杂地下硐室群核事故钚气溶胶扩散行为研究

涉核地下硐室群核事故产生的钚气溶胶威胁核设施的长期运营安全,现有关于封闭空间内的钚气溶胶扩散行为研究主要涉及简单硐室,而未涉及复杂地下硐室群,复杂地下硐室群核事故钚气溶胶扩散行为尚未得到充分揭示。首先对核事故钚气溶胶源项进行分析,讨论了钚气溶胶颗粒产生的方式和粒径分布特征,给出了硐室内钚气溶胶初始浓度的估算方法;然后通过分析钚气溶胶颗粒的空气动力学行为,给出了适合于描述钚气溶胶颗粒在硐室内传输的本构模型,建立了地下硐室群内钚气溶胶扩散行为模拟方法;最后以某复杂地下硐室群为例,采用Ventsim软件对两种释放场景(缓慢释放和剧烈释放)、不同释放位置条件下钚气溶胶的扩散行为进行了数值模拟,并对硐室群核事故应对措施展开了讨论。结果表明：钚气溶胶在硐室群内的扩散行为主要受核泄漏方式、核泄漏位置、钚气溶胶颗粒粒径以及通风系统的影响,通过合理规划硐室群布局、通风风路、防核泄漏措施等,可有效降低核污染扩散的风险。该研究结果对于地下硐室群核安全设计、核应急处理与核扩散风险管控等措施的制定具有一定的参考价值。     

数值模拟减压集流式可渗透反应墙技术修复地下水

使用可渗透反应墙（PRB）技术修复受污染地下水,当地下水污染羽宽度和深度过大时,PRB的开挖、填料与安装成本较高.为打破PRB技术这一局限性,开发了减压集流式可渗透反应墙技术,通过集流井、输水管道和布水廊道的共同作用缩小污染羽范围并将受污染地下水输送至PRB,通过非完整井减压吸水方式捕获较深的受污染地下水.首先采用地下水井流公式计算减压集流井的关键初始参数,随后进行数值模拟优化参数并确定其它重要参数.在MODFLOW中通过改变减压集流井的井径、井数量、井间距及井与PRB的距离等参数,探究不同参数变化对减压集流效果的影响规律.模拟结果表明在合理的减压集流参数设置下,该设施可有效调控PRB上游的地下水流场,缩小污染羽的范围,在设定条件下受污染地下水断面减小了约50%.该技术显著降低了PRB的规模,拓宽了PRB的应用范围,使其可以处理污染羽范围较大、污染深度大的地下水.     

基于气体-颗粒两相流模型的燃煤电厂粉尘运动规律预测

为了降低电厂粉尘污染,保护室内操作人员的身体健康,从产生粉尘漂浮运动的机理出发,采用数值模拟方法,通过建立煤粉颗粒的释放模型、沉降模型以及气体-颗粒两相流物理模型,对厂房内治理前、后的粉尘流动和分布情况进行了模拟分析。结果表明:通过合理调整厂房通风位置,可以有效降低现场粉尘浓度;工作人员采用合适的操作方式和选择合适的位置,可有效降低受污染影响的程度。此外,粉尘的运动规律预测可以为粉尘治理提供参考。     

室内密闭与通风空间气溶胶扩散特性

由于气溶胶具有传播病毒的特性,室内密闭与通风空间的气溶胶扩散特性具有重要的研究意义。针对密闭空间、人体模型进行等比例建模、数值仿真计算,获取气溶胶颗粒瞬态传播途径与范围。并采用Realizable k-ε湍流模型、DPM（离散项模型）开展两相瞬态计算。结果表明:打喷嚏、咳嗽等呼出条件下,大直径颗粒降沉,小直径颗粒将随气流传播到2 m外人体头部区域。由于人体体温高于室内环境温度,在体表附近将出现热羽流现象,气溶胶颗粒将随其向上流动,并在顶部随环流向下运动。通过稳态通风方案仿真研究,发现在前侧、左侧、右侧（相对与门）3种通风方案中,左侧与右侧通风均在人体模型下方出现2个回流涡,占据中央区域的涡流将造成颗粒在此停留。前侧通风方案中64.8%的颗粒随气流流出,左侧方案占59.3%次之,而右侧通风的颗粒流出效果较差,占46.9%。因此,3种方案中,前侧通风方案效果最佳。可为有人员在室内时,室内空间通风方式的选取,以及减少室内呼吸气溶胶颗粒物提供参考。     

民用飞机客舱个人通风喷嘴布置研究

目的 获得民用飞机客舱个人通风喷嘴的最佳布置方案.方法 针对下拉式行李箱的客舱布局,建立单排客舱个人通风的k-ε模型,使用ICEM CFD进行网格划分.梳理并分析国内外个人通风的标准手册,将人体头部高度处的风速大于1 m/s作为设计指标.提出2种喷嘴布置方案——分散布置和集中排列布置,设计5种工况,运用FLUENT软件进行数值计算.结果 分散布置方案,第一种工况下,头部最大风速仅0.39 m/s;第二种工况下,仅中间位置乘客能获得1 m/s以上的风速,两边的乘客基本无吹风.集中排列方案,第三种工况下,头部最大风速为0.9 m/s;第四种工况下,乘客1头部最高风速只能达到0.52 m/s.在个人通风量不变的前提下,工况5将喷嘴口径缩小为20 mm,乘客1头部处风速可达1.09 m/s.结论 作为民用飞机客舱内主通风系统的辅助调节手段,个人通风系统可以减轻乘客的闷热感,对于安装了下拉式行李箱的客舱,因其PSU空间狭小,导致喷嘴布置较为困难.根据计算结果,分散布置方式无法满足左右两侧乘客的需求.在喷嘴口径缩小为20 mm后,集中排列方式能满足所有乘客的需求,目前该方案已应用于某型民机客舱的个人通风系统.     

平行流送风对侧吸排风罩烟气捕集效率的提升

在实际工程中,由于排风罩直接与除尘系统相连接,排风罩的大小及流量一经确定后不易更改,且当实际排风量相比设计排风量小很多时,采用传统的设计方法很难得到最优设计参数。因此,如何在排风罩形式及流量确定的情况下合理设计送风口的大小及流量具有很强的现实意义。采用数值模拟的方法,对比研究了不同形式的侧吸排风罩对高温烟气的捕集情况,在此基础上增加送风口,在保证排风流量不变的情况下,对比了不同送风流量对烟气控制效果的影响特性。此外,研究了不同送风末端装置下污染物的捕集效果。结果显示:1）相较于一般侧吸排风罩,采用移动式侧吸排风罩和旋转开闭侧吸排风罩可在一定程度上提高高温烟气的捕集效率,捕集效率最大可提高53%。2）对于通风系统的排风流量确定的情况下,应保证送风气流能将污染物有效输送至排风口处,调整送排风流量比,确定排风量受限情况下最佳送排风流量比,实现烟气捕集效率的提升。3）增设平行流送风装置可最大程度提高送风气流均匀度,从而提高排风罩的烟气捕集效率。研究结论可对实际吹吸式通风装置的改造及设计提供参考。     

黄土塬地区CO2驱油封存泄漏地下水监测体系研究

针对鄂尔多斯黄土塬地区CO₂驱油封存项目的监测需求,在综合辨识黄土塬地区地下水潜在的CO₂泄漏特征,剖析CO₂泄漏进入地下含水层后的空间运移及时间响应特征的基础上,结合CO₂驱油封存过程,建立了1套面向黄土塬地区CO₂驱油封存CO₂泄漏的全时空立体化地下水监测体系。研究表明:受地形地貌及土壤特点影响,黄土塬地区驱油封存的CO₂具有盖层突破、井筒侧漏、降雨反渗和地表径流补给的多源泄漏特征;CO₂泄漏进入地下含水层后具有纵向快速运移扩散、横向四周缓慢扩散并随地下水向下游运移的空间运移特征和CO₂浓度、电导率等指标上升,pH值下降以及Ca2+、Mg2+离子浓度先上升后下降的时间响应特征。基于上述特征所建立的监测体系可为该区域CO₂驱油封存示范项目的监测提供参考。     

国内外区域大气污染联防联控管理模式分析

本文从区域大气污染联防联控的概念与内涵出发,在总结分析欧盟、美国与中国区域大气污染联防联控管理模式基础上,研究认为区域联防联控的管理模式分为两大类:第一,纵向机构的管理模式,即设定自上而下的机构层级通过行政手段实现区域合作;第二,横向机构的协作模式,即自发行动签订减排协议通过利益协商实现区域合作。长期来说,纵向机构的管理模式,有利于区域空气质量管理机制和环保工作的长效化、制度化。设立跨行政区的管理机构虽然是一个比较有效的方法,但是在短期内难以建立。短期内以最小制度成本取得最优治理效果的方式是行政区之间的合作、协同努力解决跨界污染。区域环境协商是现阶段适用于我国区域空气质量管理的最佳模式。