Simulation of the flow of an explosive atmosphere exposed to a hot surface

The accidental ignition of combustible atmospheres by hot surfaces is of great concern for chemical and process plant safety. In this paper, we present our research regarding the evolution of thermal plumes originating from hot hemispheres and discs. In particular, we focus on the effect of the orientation of the surface on the ignition process. The auto-ignition temperatures and ignition locations were studied experimentally. To get further insight, we conducted detailed numerical simulations and validated them with measurements. Three-dimensional simulations were performed on hot hemispheres and hot discs for different orientations ranging from 0° to 180°. The solver employs a transient, implicit scheme which is based on the coupled heat transfer and flow equations. The mesh in the vicinity of the hot surfaces is refined to resolve the steep temperature gradients and to capture the boundary layer separation. The influence of the orientation on critical hot spots in the gas mixture is analysed by examining the flow structures and the temperature evolution of the buoyancy-driven flow. Using the obtained results, we discuss the change of the onset and location of the ignition.     

上、下悬窗阻风能力对比研究

环境风会改变排烟窗附近的烟气流向和速度,影响建筑内烟气流动,进而导致建筑自然排烟效率受到影响。采用数值模拟方法,对比研究了排烟窗开启角度和环境风对上、下悬窗阻风能力的影响,分析了不同开窗角度下,悬窗进风量和进风区域随开窗角度和风速的变化规律。结果表明:上、下悬窗相对进风量与开窗角度均成指数关系,但上悬窗阻风能力弱于下悬窗,上悬窗开窗角度大于45°后即失去阻风能力,而下悬窗开窗角度大于75°后才逐渐失去阻风能力,且开窗角度小于30°时,下悬窗至少能比上悬窗多减少50%空气进入室内。上悬窗开窗角度小于56°时,主要进风区域为近窗下侧水平区域;下悬窗开窗角度小于30°时,主要进风区域为窗体两侧及远窗下侧竖直区域,随着开窗角度增大,上、下悬窗主要进风区域均过渡到远窗下侧竖直区域。窗体用于日常通风时建议优选上悬窗。若要用于排烟,则应首选下悬窗,开窗角度15°即可满足阻风要求,若选用上悬窗,开窗角度不宜大于45°。     

新管幕法下穿铁路既有线施工地表沉降监测

为避免新管幕法下穿铁路既有线施工所导致的轨面不平、列车晃车等铁路运营事故,以太原市迎泽大街下穿火车站通道工程为施工背景,考虑火车站内强电磁干扰环境对传统电磁、电容式传感器的影响,选用合适的光纤光栅传感器对地表沉降进行监测,设计了监测方案并搭建了监测系统,获得了施工引起的地表沉降数据,并用数值模拟方法研究了土体沉降,获得了地表横向距离沉降规律,对比论证了该监测技术的正确性和有效性。监测和计算结果表明,新管幕法施工引起的地表沉降呈漏斗状,中间大两头小,监测断面的最大沉降值为21.2 mm,在施工安全范围内。     

排土场稳定性影响因素显著性研究

为提升排土场稳定性,以某露天煤矿排土场为例,结合正交试验和强度折减法,开展排土场稳定性影响因素显著性研究。通过分析资料与野外调研,厘定典型排土场稳定性诱发因素,构建排土场真三维地质模型,反演验证和分析排土场的岩土体参数和变形规律特征,得出排土场边坡内部应力和位移的变化特征以及塑性破坏区分布范围;以真三维网格模型中最危险截面为依据构建理想模型,设计正交试验模拟方案并开展数值模拟,对模拟结果进行方差分析,寻求显著影响因素。研究结果表明:台阶数量、台阶高度、气象水文和台阶角度等对排土场稳定性的影响为极显著;台阶宽度对排土场稳定性的影响为显著。     

外力作用下管道内表面缺陷处裂纹扩展研究

为提高油气管道安全风险评估的准确性,以含内表面缺陷管道为研究对象,利用ABAQUS软件线弹性及弹塑性分析不同尺寸缺陷对裂纹萌生特征的影响;采用扩展有限元法,建立管道3点弯曲模型与全尺寸静载物理试验,并非线性拟合裂纹扩展尺寸,研究内表面缺陷处裂纹扩展情况。研究结果表明:内表面缺陷中心处极易萌生裂纹,随着缺陷尺寸的增大,裂纹萌生所需外力在缺陷相对长度为0.08、相对深度为0.4时的增长趋势变化较大,且缺陷深度对裂纹萌生的影响更大;对比数值模拟与全尺寸物理试验,发现在小于70 mm位移载荷或147.25 kN外力下裂纹尺寸快速扩展,之后呈变缓的趋势;非线性拟合裂纹尺寸,得到较为准确的裂纹扩展尺寸的预测结果。     

火电湿法烟气脱硫塔模拟及优化操作分析

基于火电石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺,以华能福州电厂实际生产数据为依据,经对设备分别简化建模,建立了反映实际脱硫过程的脱硫塔模型,形成全工艺模拟流程,模型计算结果和实际运行数据间平均误差为0.4364%.对脱硫工艺过程进行灵敏度分析,得出循环浆液pH值、烟气流量、液气比等因素对吸收效率的影响.最后,以灵敏度分析结论为基础,借助多目标优化方法分析不同工况下各控制因素对脱硫效率的影响,得到基本优化控制范围(pH值处于5.4～5.6、烟气压力处于0～1000Pa)和相应的最优控制方案,并分析了优化操作结果的工业适用性.     

中国表层土壤有机质空间分布模拟分析方法研究

气候变化背景下,对土壤有机碳的研究是目前大尺度上土壤性质研究的热点。基于第二次全国土壤普查5 374个典型土壤剖面数据,分析表层土壤有机质(20 cm)与环境因素的相关关系,利用多元回归模型和HASM模型结合的方法模拟中国国家尺度上表层土壤有机质含量的空间分布格局,探讨该方法的模拟误差,为国家尺度上有机碳的估算提供方法参考。研究结果表明,对350个检验点模拟结果的平均绝对误差和平均相对误差为15.61 g.kg-1和56.59%,与普通克里格法相比分别降低了1.61 g.kg-1和20.84%;对样点分布较少以及无样点的西北地区和台湾省的模拟结果也更符合实际情况。建模样点减少一半的情况下,模拟结果的平均绝对误差和平均相对误差仅分别增加了0.14 g.kg-1和1.07%。因此,论文方法可作为模拟国家尺度上有机质空间分布相对有效的方法,同时如何使模型解释更多的土壤有机质空间变异将是进一步提高模拟精度的关键。     

基于NLMSFD模式对风速分布规律的数值模拟——以山东威海风电场为例

针对风电场建设要求,论文利用非线性高分辨率数值模式NLMSFD尝试对山东荣成地区风资源进行评估。在试验区域内,分别选取两座测风塔不同高度上1年的月平均风速观测资料作为驱动值,利用模式对试验区的风速分布进行了模拟试验,获取了试验区100 m×100 m分辨率条件下风速一年四季的空间分布信息,并将模拟值与实测值对比,分析了模式在试验区地形及粗糙度条件下的模拟精度,评价了NLMSFD模式的可适用性。结果表明,模式的模拟结果基本能反映出月平均风速的时空变化规律,但两塔位置处模拟值与观测值的相对误差随高度和季节变化有所不同。从季节上看,模式的模拟结果在冬季较好,夏季误差稍大,春、秋次之;从高度上看,除10 m高度外,其它高度层的相对误差大多在10%以内。利用不同位置的观测资料驱动模式,模拟结果的精度也受影响。如利用远离海岸边的观测资料驱动模式要比近海观测资料驱动模式所得的模拟结果好;同时对于近海的测风塔,采用距地面位置较高的观测资料作为驱动值要比采用10 m高度的资料驱动模式的模拟精度好。这些结果说明NLMSFD模式在精细化风资源评估及风电场选址中具有一定的参考应用价值。     

AnnAGNPS模型在潋水河流域产水、产沙的模拟评价

日益严重的土壤侵蚀造成了土地退化、水体污染等一系列的环境和生态问题,利用基于过程的数学模型已成为流域土壤侵蚀状况定量评价和控制的有效方法.利用美国农业部开发的流域尺度AnnAGNPS模型,设计了基于地形特征的cell离散方案,在多种地理数据采集和参数化的基础上,对江西兴国潋水河流域1991～2005年的径流、产沙过程进行了分布式计算机模拟.在对产水量进行径流滤波分析的基础上,分别对模型模拟的地表径流和产沙量进行了校正和验证.地表径流模拟结果多年平均相对误差为11.8%,确定性系数R2为0.94,产沙量模拟结果的多年平均相对误差为19.71%,确定性系数R2为0.77.表明AnnAGNPS能较好地模拟潋水流域年、月尺度的地表径流和产沙过程.地下径流模拟结果误差较大,其原因和地下径流模拟模块在潋水流域的适用性有待进一步研究检验.对潋水流域土壤侵蚀定量分析表明,潋水流域的年平均侵蚀模数为1 150.29.t(km2.a)-1,属于轻度侵蚀等级,流域内侵蚀较严重的区域集中分布于居民地附近和公路沿线,其水土流失与人类活动有很大关系.     

山西省阳泉市大气环境质量数值模拟

根据山西省阳泉市南煤集团西上庄煤电一体化项目的总体要求,拟用中尺度气象模式MM5耦合大气污染模式CALPUFF,对评价区域2005年4月的大气环境进行数值模拟。通过综合模式系统的模拟发现:该地污染源的排放对阳泉空气质量起决定作用;对SO2的平均浓度贡献为47.05μg/m3,对PM10的平均浓度贡献为20.37μg/m3。本地点源的排放对SO2的影响相对较大;对SO2平均浓度的贡献可达36.93μg/m3。该地面源排放对PM10的影响相对较大,对PM10平均浓度的贡献为14.63μg/m3。外地点源排放对阳泉大气环境的影响较小,但在某些过程中外地点源排放的污染物通过区域输送对阳泉的空气质量也会造成一定的影响。