重气扩散的数值模拟模型验证

重气泄漏扩散事故是经常发生且危害较大的一种事故形式 ,由于重气的密度大于空气 ,因此重气往往沿地面扩散 ,泄放物质进入人体将引起中毒事故 ,若泄放物质被点燃或引爆将引起大规模的燃烧爆炸事故。本文给出了描述重气扩散过程的数值模拟模型及计算方法 ,并采用本文提出的模型和算法 ,对ThorneyIslandTrial008实验进行了数值模拟 ,模拟结果与实验结果符合较好 ,说明本文提出的模型和算法是适用的。     

重气扩散的数值模拟模型验证

重气泄漏扩散事故是经常发生且危害较大的一种事故形式,由于重气的密度大于空气,理气往往沿地面扩散,泄放物质进入人体将引起中毒事故,若泄放物质被点燃或引爆将引起大规模的燃煤爆炸事故。本文给出了描述重气扩散过程的数值模拟模型及计算方法,并彩用本文提出的模型和算法。对Ｔｈｏｒｎｅｙ Ｉｓｌａｎｄ Ｔｒｉａｌ ００８实验进行数值模拟,模拟结果与实验结果符合较好,说明本文提出模型和算法是适用的。     

泄漏场内典型房间泄漏孔对室内重气扩散的影响研究

模拟了泄漏场内典型房间的重气扩散过程。对比了不同泄漏孔位置及泄漏孔迎背风条件下房间内重气的扩散情况。数值模拟结果表明,当单一泄漏孔存在且泄漏孔迎风时,泄漏孔在高度方向上的尺寸对有毒有害重气在室内的扩散过程影响最为明显;当单一泄漏孔存在且泄漏孔背风时,房间内重气扩散缓慢,房间内相对安全;当前后墙都存在泄漏孔时,重气的扩散是最为迅速的,对于室内人员来说,这种情况也是最为危险的。     

复杂地形条件下重气扩散研究进展

随着经济的迅速发展,复杂地形条件下的重气扩散研究越来越受到重视.实验研究和数值模拟研究是2种比较有效的研究手段.对目前大型现场实验和风洞实验进行描述,同时对开发的数学模型(箱模型、三维传递模型和浅层模型)作了介绍.最后,针对各类模型的基本原理和优缺点进行比较,同时指出了复杂地形条件下重气扩散的研究方向.     

重气瞬时泄漏扩散的湍流模型验证

重气瞬时泄漏扩散研究对于保障公共安全等具有重要意义,数值模拟已经成为重要的研究手段之一,但湍流模型对重气扩散模拟的影响还需进一步探讨。本文利用CFD软件对英国健康和安全执行局(HSE)开展的氟利昂12场地扩散实验进行了模拟,分析了在相同边界和初始条件设置下2种不同进口湍流条件和3种不同湍流两方程模型Standard k-ε、Realizable k-ε、RNG k-ε对扩散介质浓度分布的影响,结果表明湍流初始边界对于模拟结果影响不大,而采用Realizablek-ε模型的模拟结果与实际情况更接近。     

工业危险物质(重气)扩散数学模型研究综述

有毒、易燃易爆工业危险物质的泄漏扩散已成为公共安全领域的热点问题之一,本文综述了该领域国内外已有的重气扩散的数学模型,从简单的经验模型到中等复杂度的工程应用模型和高度复杂的研究型三维模型,分析了这些模型的优缺点和应用现状,指出了三维数学模型模拟精度的提高和计算瓶颈的解决等是数学模型应用的进一步发展趋势,并提出了若干扩散数学模型研究急需开展的方向:针对井喷等特定重气扩散情形的自有知识产权数学模型开发、统一界面的全过程模拟软件研制以及加强重气扩散数学模型与GIS、GPS的融合等.     

山地地形重气扩散模拟中湍流模型的选择

针对类似开县井喷的毒气扩散事故,研究山地地形条件下如何合理选择湍流模型对重气扩散进行大范围数值模拟.在初始条件和边界条件相同条件下,采用密切值法对6个BANS模型(RSM、标准k-ε、RNG k-ε、可实现k-ε、标准k-ω和SST k-ω)的计算结果进行多方案选择,同时参考模拟中所消耗的CPU时间,使选用的模型尽可能在"计算精度"和"计算时间"之间取得平衡.结果表明,对山地条件下的大范围毒气扩散事故的模拟,采用标准k-ε模型时可在"计算精度"和"计算时间"之间取得较好平衡.可见,对山地地形条件下大范围重气扩散的数值模拟宜采用标准k-ε模型.     

危险物质意外泄漏的重气扩散数学模拟(2)

危险物质泄漏事故常常形成比空气重的气云 ,鉴于重气扩散与中性或浮性气体扩散有着明显的区别 ,国外已经开发了大量的不同复杂程度的重气扩散模型。本文综述了唯象模型、箱及相似模型、浅层模型和三维传递现象模型的基本原理和模拟方法 ,以及各类模型的优缺点。     

危险物质意外泄漏的重气扩散数学模拟(1)

危险物质泄漏事故常常形成比空气重的气云 ,鉴于重气扩散与中性或浮性气体扩散有着明显的区别 ,国外已经开发了大量的不同复杂程度的重气扩散模型。本文综述了唯象模型、箱及相似模型、浅层模型和三维传递现象模型的基本原理和模拟方法 ,以及各类模型的优缺点。     

风作用下街区内重气扩散模拟方法研究

为模拟在风作用下重气泄漏在街区内近地扩散,基于细胞自动机-气团模型对其进行了模拟。宏观层面上将气体视为多个气团的集合,利用细胞自动机构建了重气在风作用下的运动模型。气团特征可表示为模型Qi(珗V0i,xi,yi),影响半径D是基于高斯模型确定的,并用以区分浓度梯度扩散Sd和自由扩散Sf,确定了风在街区内的强度分布,并设定边界接触条件。假设了模拟的市内环境,使用该模型在风速u=0.75m/s状态下模拟氨气扩散,并研究了不同时刻风进入街区对扩散的影响。结果表明:该模型能模拟在给定的稳定风场下的重气连续扩散及其特征;能模拟风在不同时刻通过整个街区对扩散的变化影响及其特征,从而为设计逃生路线和灾害控制提供依据。     

受限空间工业气体爆炸研究进展

分别从实验和理论研究两个方面对受限空间工业气体爆炸的国内外研究现状和研究成果进行了总结,实验研究包括单个容器和容器管道系统气体爆炸,理论研究主要集中于气体爆炸理论模型的建立与修正和数值模拟两个方面。分析了现有研究工作的不足,提出了该领域今后的研究发展方向。     

受限空间内湍流模型对气体扩散仿真结果的影响

针对受限空间内气体扩散问题,为研究不同湍流模型对气体扩散仿真结果的影响 ,选取FLUENT软件中工程应用较为广泛的湍流模型为研究对象,以相关气体扩散实验为 参考,构建数值仿真模型,在初始和边界条件相同的情况下采用不同的湍流模型对实验 过程进行数值模拟。在对模拟结果定量化分析方面,采用了Hanna等人提出的广泛应用 于重气扩散模型评价的误差分析方法,并结合了chang等人提出的有关模拟效果的统计 误差评判标准,通过计算模拟值与实验值之间的统计误差对比分析了各模型模拟效果。 结果表明,所选的5种Reynolds平均湍流模型模拟结果的统计误差指标均符合有效性评 判标准,模拟值总体上要高于实验值,并且Realizable k-ε模型的模拟效果要优于其 他模型。湍流模型的选用会对受限空间内气体扩散仿真结果产生影响,选择合适的湍流 模型有助于提高数值仿真的精度。     

危险性气体泄漏扩散数学模拟研究

总结归纳了描述气态危险物质泄漏扩散过程的多种现有模型及其特点.根据在其基础上开发的相关模拟软件的运行模式不同分为扩散模式模拟和数值计算模拟两类,并对具体流程作了详细阐述.提出了目前该领域仍存在的问题及今后的发展趋势.     

Prediction of gas explosion pressures: A machine learning algorithm based on KPCA and an optimized LSSVM

A gas explosion, as a common accident in public life and industry, poses a great threat to the safety of life and property. The determination and prediction of gas explosion pressures are greatly important for safety issues and emergency rescue after an accident occurs. Compared with traditional empirical and numerical models, machine learning models are definitely a superior approach. However, the application of machine learning in gas explosion pressure prediction has not reached its full potential. In this study, a hybrid gas explosion pressure prediction model based on kernel principal component analysis (KPCA), a least square support vector machine (LSSVM), and a gray wolf optimization (GWO) algorithm is proposed. A dataset consisting of 12 influencing factors of gas explosion pressures and 317 groups of data is constructed for developing and evaluating the KPCA-GWO-LSSVM model. The results show that the correlations among the 12 influencing factors are eliminated and dimensioned down by the KPCA method, and 5 composite indicators are obtained. The proposed KPCA-GWO-LSSVM hybrid model performs well in predicting gas explosion pressures, with coefficient of determination (R²), root mean square error (RMSE), and mean absolute error (MAE) values of 0.928, 26.234, and 12.494, respectively, for the training set; and 0.826, 25.951, and 13.964, respectively, for the test set. The proposed model outperforms the LSSVM, GWO-LSSVM, KPCA-LSSVM, beetle antennae search improved BP neural network (BAS-BPNN) models and reported empirical models. In addition, the sensitivity of influencing factors to the model is evaluated based on the constructed database, and the geometric parameters X1 and X2 of the confined structure are the most critical variables for gas explosion pressure prediction. The findings of this study can help expand the application of machine learning in gas explosion prediction and can truly benefit the treatment of gas explosion accidents.     

U型工作面上隅角埋管瓦斯抽采数值模拟研究

传统的U型通风工作面上隅角瓦斯积聚现象经常出现，严重制约着矿井正常生产能力的有效发挥，对矿井安全生产造成重大威胁。基于前人对采空区非均质多孔介质气体运移理论的研究，采用Fluent软件数值模拟研究了U型和上隅角埋管条件下U型通风系统的静压力场和瓦斯浓度场。研究结果表明：在相同的模型参数条件下，U型通风容易造成上隅角瓦斯积聚，上隅角瓦斯超限问题十分严重；采空区5m处埋管，治理上隅角瓦斯积聚的效果欠佳，达不到安全开采的条件；15m处埋管可以较好的解决上隅角瓦斯超限问题，工作面没有出现瓦斯积聚现象，工作面和回风巷的瓦斯浓度始终处于1％以下；25m处埋管的效果与15m基本相同，没有表现出更好的瓦斯治理效果。综合数值模拟的结果，确定了上隅角埋管抽放采空区瓦斯的理想抽放位置为距离地板垂高1．2m、沿走向深入采空区15m处。     

基于MATLAB的灰色预测系统及其对抽采瓦斯钻孔流量的数值模拟

研究钻孔瓦斯流量的变化及其变化趋势对抽采煤层瓦斯涌出量及钻孔瓦斯涌出初速度等参量的判定具有较大的实用价值。笔者将煤层抽采瓦斯钻孔看作一个灰色系统,利用灰色系统理论,以原始时间序列数据为基础,建立抽采瓦斯钻孔流量的模拟和预测GM(1,1)模型。针对数值模拟中大量的矩阵计算,利用MATLAB软件编制高效的计算机程序,实现了对抽采瓦斯钻孔流量的模拟和预测。为了检验模型模拟和预测结果的精度,选择了合理的误差检验模型。通过工程实例证明了GM(1,1)模型可信度较高,关联度较好,均方差比值为一级,拟合优度高。对瓦斯抽采设计和矿井安全生产具有一定的指导意义。     

瓦斯爆炸实验研究进展及展望

瓦斯爆炸事故是煤矿的主要灾害之一,为了预防和控制煤矿井下瓦斯爆炸事故的发生,国内外研究者采用理论、实验室实验和数值模拟实验等手段对瓦斯爆炸机理、瓦斯爆炸传播规律等进行了深入研究,本文从瓦斯爆炸实验室实验和瓦斯爆炸数值模拟实验两方面入手,对瓦斯爆炸的研究进展情况进行了分析总结.对于瓦斯爆炸实验室研究,分析总结了现有瓦斯爆炸实验手段以及瓦斯爆炸传播特性研究情况;对于数值实验研究,分析总结了瓦斯爆炸数值模拟模型、现有瓦斯爆炸数值模拟商业软件以及软件应用情况.最后对瓦斯爆炸未来需要深入研究的问题提出了展望.     

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。     

地铁车站客流流动机理研究与应用

为制定有效的地铁车站客流疏导方案及应急疏散预案,通过现场观测,结合录制的视频资料,分析人员流动的基本特点,提出人员流动类似于气体和液体的流动的现象,建立人员流守恒方程和流体动力学的连续模型,提出基于流体动力学的人员疏散理论模型。采用建立的数学模型和数值算法,开发了紧急疏散计算分析软件V1.0,对地铁车站站台的人员进行数值模拟分析,通过模拟结果与实际观测情况进行对比发现,模拟结果与实际观测情况基本相符,即车站站台上行楼梯口处为乘客拥堵的节点,并呈现客流叠加的现象。     

Real-time numerical simulations and experimental research for the propagation characteristics of shock waves and gas flow during coal and gas outburst

When coal and gas outburst occurs, high-speed gas flow and air shock wave with high kinetic energy could be created. In this paper, the formation process of outburst shock waves and gas flow has been analyzed firstly. Afterwards, the numerical simulation models of the roadways with right-angled intersection have been established, by which real-time simulation of the propagation of outburst gas flow and the process of gas transport has been conducted. Gas pressure, gas velocity and gas concentration can be simulated and shown. From analyzing the simulation results, qualitative and quantitative conclusions that the characteristics and patterns of the propagation and attenuation of outburst shock waves and gas flow can be arrived at. Finally, experimental models have been carried out to investigate the outburst shock waves and gas flow at the roadways with the similar shapes as the simulated ones. The results indicate that when shock wave and gas flow passes the intersection, most of the shock wave and gas flow will flow into the roadway of section opposite the intersection, and a little of it would flow into the roadway below the intersection. And turbulence will appear, shock wave reflects and diffracts at branches with more influence on the roadway below the intersection.