深部矿井下高温硐室降温装备体系试验研究

深部矿井硐室高温是煤矿六大灾害之一,进行降温保证硐室设备安全运行对于煤矿安全生产具有重要意义。首先分析了煤矿硐室热量来源,建立基于常微分方程的数学和物理模拟模型,通过模型对煤矿硐室实施增大风速、降低入口温度降温措施进行效果分析。研究结果表明,硐室内温度场分布特征受风流场的影响,在连接处已形成涡流(高温区);硐室内温度随着入口风速的增大而降低,随着风流的增大而降低;将风速由原来的1.68 m~3/s增大到4.52 m~3/s,入口处温度由294.6 K降到291.4 K,能够明显改善降温效果,为矿井硐室降温提供了理论指导和技术支持。     

基于数值模拟的细水雾在汽车涂装车间喷漆室的应用研究

采用FDS软件对细水雾扑救汽车涂装车间喷漆室火灾的灭火效能进行数值模拟分析,着重探讨了喷漆室纵向通风、细水雾雾滴粒径、雾滴喷射速度、汽车障碍物等对扑灭油漆火的影响。模拟结果表明:在细水雾与油漆火的相互作用过程中,细水雾对火源的表面冷却和隔氧窒息作用显著;为了防止室内氧气得到补充,在开启细水雾灭火的同时应当联动控制关闭纵向通风系统;在模拟工况条件下雾滴粒径为100μm~300μm的细水雾灭火效果优于粒径为400μm、500μm的细水雾;雾滴在一定喷射速度范围内速度越大灭火效果越好,喷射速度为10m/s的雾滴灭火效果明显优于3m/s和5m/s的雾滴,但是为了防止火焰横向蔓延,喷射速度不宜过高;在汽车障碍物火灾中部分微小的细水雾雾滴受到火焰的卷吸作用,可以绕过障碍物进入火区发挥冷却作用,细水雾灭火系统能够有效控制障碍物火灾,可以应用于汽车涂装车间喷漆室。     

烧结机尾“电改袋”除尘器数值模拟

针对现有"电改袋"除尘器不易实现在运行中更换滤袋且内部气流分布不均匀等问题,结合某烧结厂190 m2"电改袋"工程实例,提出一种可以在运行中更换滤袋的分室式"电改袋"除尘器结构,并利用CFX软件模拟其流场。结果表明,烟气由进气烟道进入袋室时速度大小和方向均发生突变,大颗粒粉尘受惯性力和重力作用易被中间灰斗捕集,有效减缓粉尘对滤袋的磨损;滤袋底部附近区域和两侧灰斗内的烟气速度分别小于5 m/s和6 m/s,可有效防止滤袋间的碰撞磨损和灰斗二次扬尘;各袋室的烟气流量分布比较均匀,标准差为0.152。     

双压入贴附送风在高温巷道掘进中的降温规律研究

为量化研究高温矿井深部开采掘进巷道在抽压混合通风中设备布置及风量分配对降温效果的影响规律问题,利用AN-SYS-FLUENT软件数值模拟掘进巷道通风降温模型.首先,提出双压入式混合贴附通风降温思路,并分别建立传统抽压混合通风与双压入式混合通风的巷道三维几何模型;然后,进行6组不同设备布置及风量分配的降温方案对比实验;最...     

倾斜巷道内火灾逆流层变化规律数值模拟

为确定矿井火灾时期逆流层长度变化规律,给逃生与救护工作提供参考,以下行通风倾斜巷道为研究对象,建立长80 m、宽4 m、高3.5m拱形巷道模型,通过数值模拟的方法,确定多组火灾工况下烟气逆流层的变化规律.结果表明:巷道入口端风速在0.5～3 m/s增大,烟流逆流层长度随之减小,减小幅度逐渐变缓;火源烟流放散速度在5～25 m/s增大,逆流层长度随之增大,且增加幅度逐渐变缓;人口端风速条件固定为1 m/s,巷道倾角在O°～45°增加,火源烟气放散速度小于18 m/s时,逆流层长度随巷道倾角增加而减小,火源烟气放散速度大于18 m/s时,逆流层长度随巷道倾角增加而增加.     

横向双极电除尘器的速度分布特征

为了提高现有电除尘器的除尘效果,提出一种横向双极电除尘器。用计算流体动力学(CFD)软件的模拟结果表明,当横向双极电除尘器入口风速为1 m/s时,在距横向双极电除尘器极板迎风面40 mm范围内,平均速度小于0.7 m/s,在距极板背风面40 mm范围内,平均速度小于0.3 m/s。不同的异极距的流速模拟对比发现,异极距在150~250 mm之间时,横向双极电除尘器极板附近的平均流速较小,远远小于普通电除尘器极板附近的风速,这将非常有利于横向双极电除尘器获得更高的除尘效率。理论、模拟与实验的结果证明,极板附近的速度分布规律呈凹形。     

页岩气开采往复式压缩机管路系统气流脉动优化与结构振动安全评价

页岩气开采往复式压缩机管路系统长期受到气缸排出的高压脉动气体冲击载荷，引发受迫振动，严重影响开采效率与人员安全。针对脉动最为剧烈的二级排气管路，运用有限元仿真方法，分析气流脉动超标情况，掌握气流脉动变化规律，采用正交试验方法，开展气流脉动优化研究，掌握了不同孔板孔径比对管路系统气流脉动的影响规律。结果表明，缓冲罐出入口管道孔板孔径比分别为0.4与0.45时，管路系统气流脉动抑制效果最优。据此，结合气流脉动周期性激励特点，建立了管路系统结构动态振动仿真模型，采用双向流固耦合方法，评价管路系统振动安全性能。优化后管路系统气流脉动幅值仅为API 618标准的18.50%,相比原模型减小了87.98%,且优化后管路系统振动安全，数值模拟与现场试验最大误差为振动位移误差12.14%,符合工程误差要求。     

竖井排烟口对L型高层建筑烟气流动特性影响的模拟研究

为了研究竖井排烟口对L型高层建筑烟气流动特性的影响,建立L型高层建筑火灾的数值模拟模型,以温度、CO浓度和窗口气流速度为指标,探讨在不同排烟面积下高层建筑内部结构的烟气流动特性。研究结果表明:6层为建筑的中性层位置,随着排烟口面积增大,烟气蔓延到竖井顶部的时间缩短,对中性层以下走廊的烟气控制效果增强;火灾发生在中性层以下时,中性层以上窗口气流速度为负,烟气溢出;320 s为温差变化的分界点,在320 s之前,排烟口面积与温差绝对值成正相关,320 s之后则成负相关。     

垂直支管位置对等径三通管内爆炸气流及流场的影响分析

三通管支管位置变化影响管内爆炸气流分布及爆炸后果，为研究其影响规律，构建等径垂直支管三通管道模型，通过数值模拟和试验测试，计算和分析爆炸气流传播、流场变化、速度峰值及压力峰值规律。结果表明：在垂直支管B与水平支管C长度相同的工况下，C内的速度峰值整体大于B,两支管内的最大气流速度峰值均出现在分岔处，为228 m/s,比A管小26.7%;初次点火正向气流传播和末端反射的正向传播气流均会导致三通处流场气流旋涡、强湍流动能区域和速度峰值；支管位置不同工况下，三通管内气流速度峰值最大值均出现在水平管内；垂直支管内气流速度峰值随监测点距离增加均呈下降趋势，垂直支管内速度峰值与压力峰值呈现明显的反比关系。     

卧式滤筒除尘器的气流组织模拟研究

为了研究卧式滤筒除尘器内部气流的不均匀性问题,采用计算流体动力学软件Fluent对卧式滤筒除尘器内部气流组织进行数值模拟研究。参考目前市面上常见卧式除尘器,设计有、无挡板的2种卧式滤筒除尘器模型,通过分析2种模型下过滤过程的速度分布和滤筒流量分配情况得出:在无挡板模型下存在射流冲刷、气流分布不均等问题,而在进风口加设挡板能解决气流冲刷问题,滤筒流量分配得到明显改善;在相同滤室高度下分别对挡板角度为150°,160°,165°,170°,175°,180°对比发现,挡板角度在165°~170°时其内部气流组织能达到均匀标准。     

热喷涂粉尘质量浓度分布规律数值模拟及实验研究

基于气固两相流理论,采用仿真软件Fluent对热喷涂粉尘的扩散过程进行了数值模拟,分析了热喷涂车间气流速度对粉尘质量浓度分布的影响规律,并通过实验测定了车间呼吸层风速与粉尘质量浓度沿程分布,通过与模拟结果作对比分析,验证了数值模型的可行性。结果表明:粉尘颗粒自尘源处沿径向周围扩散,高质量浓度区域集中在尘源附近;车间气流速度越大,高质量浓度粉尘区域越小,车间粉尘质量浓度越低;当车间出风口风速为12 m/s时,除尘源区域外,呼吸层粉尘质量浓度已明显低于标准限值;通过对比分析,实测数据与数值模拟结果基本吻合,表明采用数值模拟方法研究热喷涂粉尘扩散规律是一种行之有效的方法。     

铀尾矿库滩面析出氡在覆土中运移的数值模拟

基于多孔介质模型及CFD方法,数值模拟了铀尾矿库滩面析出氡在覆土中的竖向运移及分布特性。结果表明:影响覆土中流体速度的主要因素是铀尾矿库滩面氡析出通量,覆土中氡通量随覆土高度增加呈指数规律降低;对于同一铀尾矿库滩面氡析出通量(10Bq/(m2·s)),低氡扩散系数(0.5×10-6m2/s)覆土中氡通量要远小于高扩散系数(3×10-6m2/s)覆土中氡通量,达到退役铀尾矿库氡析出通量的限定值0.74 Bq/(m2·s)所需的覆土高度前者为1.27 m,后者为3.45 m,前者仅为后者的36.8%;当覆土氡扩散系数为2×10-6m2/s、铀尾矿库滩面氡析出通量分别为2 Bq/(m2·s)和20 Bq/(m2·s)时,达到退役铀尾矿库氡析出通量的限定值0.74 Bq/(m2·s)所需的覆土高度分别为0.97 m和3.54 m,前者仅为后者的27.4%。     

清扫车作业参数对吸尘口清洁率的影响分析

为确定清扫车作业参数对吸尘口清洁率的影响规律,针对某典型双吸式吸尘口建立计算模型,采用两相流数值模拟方法对吸尘口内流动特征进行分析,并利用线性回归方法给出清扫车作业参数与清洁率的定量关系式。结果表明,气流携带灰尘颗粒向管道入口汇集,两管道之间气流速度较小,灰尘逃逸主要发生在两管道之间位置;随流量增加,吸尘口前侧间隙静压减小,同时管道入口气流速度增大,减少了两管道之间的灰尘逃逸数量,因此清洁率增大;随车速增加,使得进入吸尘口的灰尘质量增大,清洁率减小;线性关系式表明,清扫速度与清洁率成负相关,流量与清洁率成正相关,相比于流量,清扫速度对清洁率的影响程度更显著。     

风速梯度对海上可燃气云爆燃特性影响的数值模拟

针对海底输气管道和燃气运输船舶发生泄漏形成可燃气云的问题,基于k-ε湍流模型,并利用涡耗散模型,数值模拟6种风速梯度(1~11 m/s)下海上可燃气云的形成和爆燃过程,研究风速梯度对气云爆燃压力和温度特性的具体影响。结果表明:随着风速梯度的增加,稳定气云面积减小,爆燃最大压力降低,下风向低空区域的最高温度略有下降,火焰逐渐远离高空区域,直至完全停留在低空区域;在低空区域,风速梯度为1 m/s时无法形成大面积气云和持续高温,为3~11 m/s时将形成长时间、大范围的高温区。     

钻爆法施工隧道炮烟运移规律数值模拟研究

为了提高钻爆法施工隧道炮烟排烟效率,改善隧道施工环境,以平顶山隧道某一段爆破施工过程为原型,基于质量守恒定律、Fick定律及Boussineg假设,运用计算流体力学软件FLUENT建立压入式通风条件下组分运输模型,分析风筒口至掌子面的距离及风筒入口风速对隧道内风流流场及炮烟浓度分布规律的影响。结果表明:风筒口至掌子面40 m,入口风速为20 m/s,通风时长为18.5 min时,隧道内风流分布稳定,且炮烟浓度均降至最高允许浓度值以下。将模拟结果与现场实测的炮烟浓度分布情况进行对比分析,数据基本吻合,验证了模拟的有效性。     

置障空间可燃气体火焰传播特性数值模拟研究

为揭示置障管道内丙烷浓度对火焰传播特性影响,借助ANSYS Fluent软件,利用Zimont燃烧模型开展了置障管道内不同丙烷浓度预混气体燃爆规律的大涡模拟研究。结果表明:在阻塞率为0,0.5,0.7,0.9障碍物管道中火焰锋面速度峰值均随给定初始浓度的增加呈现先增大后减小的趋势,且峰值速度随阻塞率的增大而增大,丙烷体积分数为4.5%、阻塞率为0.9时,火焰传播峰值速度可达178.93 m/s;阻塞率越大,涡团规模越大,导致流场紊乱程度增大,湍流脉动增强,火焰面与流场相互作用,促使火焰面褶皱破碎,加速了已燃气体与未燃气体分子间的无规则运动,对燃烧反应起到激励作用;数值模拟结果直观展示了火焰传播进程及火焰结构的发展细节。     

人工煤气管道萘颗粒沉积规律研究

针对萘在人工煤气管道中沉积会造成管道堵塞,影响管道的安全运行的这一问题,以昆明人工煤气管道为例,运用计算流体动力学软件Fluent,选用离散相模型和雷诺应力模型,对水平直管、水平弯管和三通管进行萘颗粒沉积的数值模拟,对于不同的管径、弯曲比、管径比,分别分析萘颗粒直径、入口速度、温度及压力对萘颗粒沉积的影响。研究结果表明:水平直管、水平弯管、三通管中的萘颗粒沉积率与颗粒粒径成正相关关系,而与气流入口速度、压力成负相关关系;萘颗粒在人工煤气管道中的沉积率主要受颗粒直径、气流入口速度的影响;萘颗粒的沉积率随着水平直管的管径增大而增大,随着水平弯管的弯曲比增大而增大,随着三通管的管径比增大而先增大后减小;可通过适当增大管内煤气输送速度、压力,降低温度来降低萘颗粒在人工煤气管道中的沉积速度,进而减少萘颗粒沉积的发生。     

1m3粉尘环境模拟装置粉尘扩散数值模拟

在工业生产环境中,粉尘云会对工作人员产生职业危害,也会对生产设备造成危害,导致生产中断甚至安全事故.电气设备在工业生产中不可或缺,研究人员为研究工业电气设备的防尘性能开发了一种1 m3粉尘环境模拟装置.该试验装置的基本功能是利用持续气流使粉尘在罐体内形成相对稳定分布的粉尘环境,其内部空间可放置电气设备进行长时间的试验.为预测粉尘在装置中的分布,利用Fluent中的离散相模型对惰性粉尘进行了粉尘环境模拟装置内扩散的数值模拟研究.结果表明,粒径为1 μm、10 μm、30 μm、50 μm和70 μm的粉尘均可以在装置内部形成粉尘云,其罐体中心质量浓度可维持在0.2～0.5 kg/m3.不同粒径的粉尘分布截然不同,粒径越小的粉尘扩散的均匀程度越高,而较大粒径粉尘的运动稳定性更好,但分布均匀度较差,保持进气速度在40 m/s以上可以获得良好的粉尘扩散效果.     

暴雨径流对海河干流水质的影响及排干水质要求的确定

以天津市海河上游河段为研究对象,模拟计算暴雨径流由二级河道排入海河干流后所造成的影响。采用EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)模型建立了海河干流上游河段的水动力和水质模型。在不同降雨重现期和干流入口流量的情况下,模拟了二级河道排放污染物COD、DO、NH3-N和TP等在海河干流的迁移转化规律。降雨重现期选取0.5 a、1 a、2 a、5 a、10 a和50 a。海河干流入口流量选取0、10 m3/s、20 m3/s、30 m3/s、50 m3/s、100 m3/s、150 m3/s和200 m3/s。海河干流的柳林控制断面为水质控制断面。当降雨重现期为10 a、干流入口流量为0时,柳林控制断面处COD、NH3-N和TP质量浓度分别超标73%、47%和197%,DO质量浓度只有3.16mg/L,水体污染严重。在保证柳林控制断面处水质满足水质要求的前提下,确定了各二级河道排干水质要求拟合曲线。当固定降雨量时,干流入口流量越小,二级河道排干水质的控制指标就越严;当固定干流入口流量时,降雨量越大,二级河道排干水质的控制指标就越严。根据二级河道排干水质控制指标,可计算各二级河道的排干水体的总截污量和DO补充量,为汛期海河水环境保护提供理论指导。     

旋转喷雾法净化烧结SO2烟气适用性分析

根据实际烧结工况的运行边界条件对用于净化烟气SO2的SDA系统进行数值模拟,通过对比分析系统各核心设备中气流速度、反应物浓度、设备内温度分布变化情况,证明SDA系统可以较好地适用于烧结工况.实际应用时应设置烟气进风分布装置;中心烟气通道对控制脱硫剂用量、降低脱硫塔高度有重要作用;为了保证塔内反应充分,反应物干燥完全,应保证烟气在塔内停留时间大于10 s;旋转喷雾器应与脱硫塔进行拟合选型设计,同时为保证烟气排放达标,除尘系统应选择防腐耐温材料.