烟气输运的大涡模拟研究

应用大涡模拟方法，并结合Smagorinsky亚格子尺度模型，数值研究了烟气输运问题。为了有效地模拟烟气输过过程，文中采用低马赫数近似下的三维可压缩Navier-Stokes方程进行求解，并采用有限差分法数值计算了滤波后的控制方程。对于燃烧过程中所产生的热释放，文中采用Lagrangian粒子携带热量（即热元模型）的近似方法来模拟，同时这些运动粒子进一步用来标识烟气的输运过程。文中数值计算了燃烧热源所形成的热气流和烟气输运过程，分析讨论了相关的湍流特性，以及温度场和速度场，并探讨了不同功率的热源对流动特性的影响。     

传统活性污泥工艺的传质强化--均匀受限工艺的研究与应用

依据惯性效应理论进行污水好氧处理的强化传质试验及工程实践,对曝气池工艺动力学的基本理论进行深入研究.试验及工程应用表明,提高曝气均匀度和加强多相物系中微涡漩的离心惯性效应,可促进物相接触和相界面更替,为活性污泥(或生物膜)、有机底质与氧气进行生化反应提供良好动力条件,提高反应效率,缩短反应历程;试验工艺及实际工程中氧利用率最高可达48%以上;COD容积负荷8.1-9.0kgCOD/m3·d;较常规工艺可降低曝气池工艺一次性投资,节省运行能耗,出水水质稳定可靠.     

障碍物场中预混燃烧火焰的数值模拟

利用k-ε湍流模型和拉切滑(SCASM)预混燃烧模型,对障碍物场中预混燃烧火焰进行了三维空间数值模拟。通过对控制方程添加不同的源项以反映障碍物对流场的影响,采用交错网格控制容积法将计算区域进行离散,用SIMPLE算法求解离散控制方程。模拟结果表明,障碍物的存在改变了燃烧流场的结构,成为加速燃烧甚至诱导爆炸过程的不稳定因素。该研究结果对有效预测障碍物场中火焰走势及其流场的分布情况,加强人们对火焰传播规律的认识,对预防工业灾害有重要参考价值。     

湍流模型对预测街道峡谷污染物扩散的影响

文章选取标准k-ε湍流模型、RNGk-ε湍流模型、realizablek-ε湍流模型和单方程Spalart-Allmaras涡黏系数模型对街道峡谷附近的流动和汽车尾气污染物扩散进行了模拟,并与风洞试验值进行了比较,结果表明,4种模型对街谷壁面的浓度预测在趋势上与试验值基本一致,Spalart-Allmaras模型的预测效果最好,realizablek-ε模型预测最差,而标准k-ε模型和RNGk-ε模型的预测介于其间;RNGk-ε模型和realizablek-ε模型的修正作用在预测建筑物尖角和顶部附近的流动处有所体现,但对街谷内浓度分布的预测仍不如标准k-ε模型;本文从流场分布的特点对4种模型的浓度预测差别进行了解释,证明了壁面浓度与其附近的速度和湍流黏性系数的分布相对应。     

燃煤锅炉的节能改造

采用湍流循环燃烧炉芯板技术和燃煤锅炉自动监测控制技术,对现有中小型燃煤锅炉进行节能技术改造,可以有效提高锅炉热效率,降低锅炉煤耗和电耗,减少锅炉的大气污染物排放量,达到节能、降耗、减污、增效的经济和环境综合效益。     

人为扰动下河流复氧激增现象及机制分析

为探究河流复氧规律及其机制,研制出改变河道局部水流流速的深控型水平推流曝气装置,并使用该装置在天津市外环河中进行原位试验,探究人为扰动对河流复氧系数的影响.试验结果表明,装置工作时纵向流速提高至40cm/s,最大增幅22倍;水体溶解氧浓度提高0.6~1.7mg/L,约10%.研究发现,经典的Owens等5组河流复氧系数经验公式均低估了扰动下的复氧系数,试验均值约为49.5d^-1,是理论值的10~100倍,即河流复氧在人为扰动下发生激增现象.分析成因表明,湍流动能与河流复氧系数显著正相关,区别于自然流动,人为扰动提升了水体纵向和垂向湍流动能,加速了中下层水体溶解氧扩散,提高了复氧率,进而发生了复氧激增现象.研究成果为提升城市河流水质的水力学方法提供了科学依据.     

城市高架道路对局地大气环境影响的数值模拟研究

根据城市高架和街道的布局与几何特点,设计了多种典型的街道峡谷模型。应用k-ε湍流模型和污染物浓度扩散方程,采用数值模拟技术预测了这些带高架的城市街道峡谷内湍流流场和污染物浓度场。研究表明,高架道路的存在改变了街道峡谷内大气的流动结构和汽车排放污染物的传输扩散特性。高架道路空间位置的布设及高架与街道建筑物间的间隙,对城市街道峡谷的局地大气环境有显著影响。因此,在确定布设高架位置和设计规划街道布局时,应尽量避免引起“盖子效应”而造成严重的地面局地大气污染。     

固定点大气湍流观测计算核电厂地区大气扩散参数的方法

本文对在核电厂设置固定点湍流观测点计算核电厂大气扩散参数的方法进行介绍,并结合广东大亚湾核电站计算结果进行讨论。计算结果表明该法计算的厂址区域扩散参数与P-G扩散参数基本相当,说明该法对于当地气载放射性污染物扩散的防护有一定指导意义。     

基于大涡模拟的甲烷点源排放无人机观测实验：排放速率及其不确定度估算

无人机已被证明是适用于甲烷点源排放速率估算的一种新颖且有效的观测平台,然而对其估算的准确度与不确定度尚缺乏有效分析与量化。利用包含已知排放速率被动示踪物的大涡模拟,再现了1种强湍流混合环境下的甲烷羽流并对羽流进行了连续多次模拟飞行观测实验,通过逆高斯方法（IG）和质量平衡方法（MB）对排放速率进行了估算并量化了其准确度与不确定度,最后对不同的飞行时间安排及差异化的空间飞行策略进行了探究以提升估算效果。结果表明,对于研究所涉及的大气混合条件,通过IG和MB方法对多次模拟飞行估算的排放均值可达到既定排放值的95.3%和86.1%,不确定度为56.6%和56.9%;通过单架无人机多次重复飞行采样进行估算可显著降低不确定度,5次重复飞行可降至＜30%;2架无人机在不同高度的同步飞行可使MB方法估算的不确定度降至35.2%～51.9%,IG方法则对该措施不敏感。研究仅考虑甲烷的传输扩散过程,结果也适用于其他被动示踪物的点源排放估算。     

工业弯管泄爆口位置对爆炸湍流的影响分析

为研究弯管泄爆对气体爆炸的影响,基于试验测试和数值模拟(FLACs软件)分析管道泄爆状态下湍流的变化规律。结果表明：在试验条件下,封闭管道弯管内4.8 m处监测点湍流动能峰值为5 745.42 m²/s²,开口泄爆后该点湍流动能增幅为8.4%;当改变泄爆口位置时,弯道处监测点测得最大湍流动能相较于封闭管道该处最大湍流动能增幅为20.84%,弯管处湍流动能比直管最大增加了314%,影响因素主要为管道结构和泄爆口产生的排放和诱导作用;不同工况下内径0.125 m管道上泄爆口处最大湍流动能随着泄爆口位置和点火点之间的距离的增大而先增大后减小,二者的关系可拟合为一维高斯函数(Gauss Amp),拟合结果显示湍流动能最大为13 352.55m²/s²,此时泄爆口的孔口效应和流量限制都增大了湍流强度,导致更快的爆炸气流流出速度及更高的气体燃烧率,冲出气流携带的能量较大,对周围设施的危害影响最大。