水平燃料填充床反向阴燃传播及其熄灭分析

根据单步反应机理(仅包括燃料的氧化),建立了一维非稳态燃料填充床反向阴燃的数学模型。通过简化模型参数及大活化能渐近分析,得出了定性描述燃料反向阴燃传播的两个方程。结果表明:随着空气流量的增大,阴燃温度是不断上升的,但由于受到反向空气风流的影响,阴燃温度的增长幅度是逐渐变小的;阴燃传播速度却呈现出先增大后减小直至熄灭的变化趋势。这种变化趋势与前人的实验结果相一致。通过定性分析得出:在气体流量为零的情况下,燃料仍然可以发生阴燃,而维持阴燃不断传播所需要的氧气量源于反应区域周围气体的扩散。此外,也分析了燃料特性参数(如密度、孔隙率、比热、导热系数及活化能)对燃料阴燃温度和阴燃速度传播的影响。     

地铁隧道电缆阴燃时优化通风的数值模拟

地铁隧道电缆阴燃火灾相比明燃火灾,具有更高的隐蔽性和更大的危害性。根据地铁隧道电缆的阴燃特点,采用数值模拟方法,对阴燃电缆热解产物在不同通风模式下的毒害性分布进行研究。结果表明,隧道断面2 m/s的送风风速并不能最大程度地确保疏散人员的安全,而与列车驶入时刻满足三次多项式关系的最优送风风速,可以使列车内安全距离达到最大,且不会影响到人员的安全疏散。     

水平燃料床阴燃的传播及其向明火转捩的实验研究

本文研究了不同含水量的燃料床在不同风速下阴燃的传播速度，测量了不同含水量的燃料由阴燃转捩成明火的临界风速。实验结果表明燃料床的不同高度层阴燃发展传播的速度不同，正向阴燃和逆向阴燃的规律也不相同。阴燃转捩成明火的临界风速不但与燃料情况（如含水量等）有关，还与风速增加的规律有关。     

热颗粒和热辐射共同作用阴燃点燃松针燃料床：数值研究

建立了热颗粒和热辐射共同作用下阴燃点燃松针燃料床的二维数值模型,计算得到了热颗粒和热辐射单独点燃以及共同作用点燃的临界条件,分析了燃料床的点燃过程。与前人实验数据对比表明数值模型能够较好预测临界点燃条件。金属热颗粒单独作用时点火所需的临界温度与颗粒直径呈双曲线关系。金属热颗粒与热辐射共同作用时,临界辐射热通量呈现出随颗粒温度和直径的增加而显著减小的趋势。热辐射持续供热能有效维持表层炭氧化反应,两者共同作用下点燃危险性增加。研究同时发现,燃料含水率对共同作用下的临界辐射热通量有较大影响。     

燃料车内氢气泄漏扩散数值模拟研究

基于FULUENT软件的物质传输与反应模块,建立了燃料车内氢气泄漏扩散的数值计算模型.应用模型对储气瓶不同位置的泄漏扩散进行了数值计算,得到了氢气在车内泄漏扩散后的危险区域分布情况.结果表明:氢气瓶上方挡板位置是氢气泄漏扩散后的高浓度区域,泄漏后的氢气在该处容易发生积聚.研究结论可以为车内预警用氢气监测传感器的放置以及氢燃料车的安全设计提供参考.     

密闭储罐内填充非金属多孔材料后预混可燃气体火焰传播的数值模拟

采用商业软件Fluent 6.3建立了二维的多孔介质中湍流燃烧模型,对密闭储罐内多孔介质中丙烷-空气预混燃烧进行数值模拟。结果表明:火焰在空爆时比在填充多孔材料后发展的快得多,空爆时表压数量级为106,而填充多孔材料后表压数量级为104,说明此非金属多孔材料有很好的阻火性能和抑爆性能;且多孔材料的平均孔径越小,其阻火防爆性能越好。     

瓦斯浓度对爆炸传播影响的数值模拟研究

以DN700mm管道为原型,应用连续相计算方法对不同浓度瓦斯爆炸火焰、压力波传播进行数值模拟.从中可以看出,爆源附近火焰传播速度较小,上升到某一峰值后又衰减;瓦斯浓度对火焰传播速度有比较大的影响;爆源点的最大压力值并不是整个过程的最大值;瓦斯浓度对爆炸压力峰值影响较大.     

瓦斯爆炸传播过程中障碍物激励效应的数值模拟

笔者对瓦斯爆炸传播过程中的障碍物的激励效应的物理机制进行了分析 ,并构建了相应的物理模型 ,设计了 3种情况下 ,对冲击波经过障碍物附近时的变化特征进行了数值模拟。结论表明 ,非燃烧区的障碍物同样存在激励效应 ,激励效应取决于瓦斯爆炸冲击波的初始强度 ,即爆轰状态激励效应最为强烈。     

风幕阻止飞机喷漆厂房内可燃气体扩散的数值模拟

应用FLUENT软件中的大涡模拟模型对飞机喷漆厂房内风幕的有效性进行了研究。以某一飞机喷漆厂房内的局部为原型构建网格模型,针对若干种工况,对甲苯蒸气的扩散过程进行了数值模拟,主要研究了甲苯量和风幕速度对甲苯扩散的影响规律。对计算结果进行分析,得到了不同工况下能有效阻止甲苯扩散的临界风幕速度,研究表明在飞机喷漆厂房内设置风幕,只要风幕速度不低于该种工况下的临界风幕速度,就可有效阻止甲苯扩散,降低厂房内可燃气体的爆炸危险性。     

回采采空区自燃的早期过程及数值模拟分析

用对流问题的迎风有限元方法结合图形显示技术，求解了采空区漏风渗流移动方程和氧浓度消耗与扩散方程（数值模型），描述了采宽区自燃早期的漏风流态和氧浓度分布特征，用高氧浓度区与蓄热区的叠加确定采空区自燃氧化带。该模型能分析在不同漏风条件下自燃氧化带的形状变化及自然发火危险位置；工作面进度和工作面风量与自燃氧化带范围具有连续的依赖关系，为研究采空区自然发火早期成长过程，合理控制工作面进度等提供一种辅助分析手段，有利于从根本上预防采空区自然发火。     

基于CFD对袋式除尘器流场的分析

采用计算流体力学(CFD)软件对袋式除尘器单元气流组织进行数值模拟分析,给出了 沿滤袋高度方向过滤风速的分布,以及袋间隙气流抬升速度在不同高度上的分布特征,为袋式除尘器的改进和设计提供理论依据.     

有害物质泄漏扩散的数值模拟

有害物质泄漏是一种常见事故.利用高斯公式和三维有限元建立有害物质泄漏扩散数学模型,估测有害物质泄漏扩散的危害范围和泄漏物质扩散过程中浓度的大小,相应的数学模型可作为泄漏事故安全保障工作中预防为主的科学依据,从而为可能发生的事故进行预测预警.     

不同阻燃剂的聚氨酯泡沫材料阴燃特性研究

为了解添加不同阻燃剂的聚氨酯泡沫材料的阴燃特性,对聚氨酯泡沫材料一半干燥一半采用添加Mg Cl2、防老剂、质量分数为10%的水三种情况进行阻燃处理。各次实验结果表明,添加Mg Cl2的材料阻燃效果较好,温度传播到含有添加剂的材料时,由于材料的阻燃性吸附阻止氧气的传播导致没有发生阴燃向有焰火的转化;当传播到有防老剂材料时,由于防老剂的阻氧导致氧气量缓慢减少,在接触后的前期由于氧气量变化缓慢导致气相反应的出现,随着氧气量减少,阴燃结束;当传播到含水材料时,温度出现下降同时阴燃传播速度变慢,但是阴燃仍然能够维持,最后由于氧气的大量进入转化为有焰火。     

水分影响下阴燃传播及气相反应发生的研究

为了解阴燃传播及其反应状态发生变化的特点,采用一半干燥一半加湿的聚氨酯泡沫材料进行实验。在自然对流条件下,阴燃由下到上从干材料传播到湿材料。各次实验中阴燃在干材料部分都保持稳定传播,而湿材料部分所设计的含水率则从8.4%到21.7%。水分的吸热作用使阴燃状态随含水率大小发生极大的变化。在含水率较小时,阴燃仍能继续传播但温度和速度都有所下降;含水率稍大时,阴燃反应受到抑制,在内部有氧气剩余的情况下则会发生气相反应;当含水率进一步增大,阴燃就会熄灭。如果阴燃能传播到材料末端,外界的大量氧气进入阴燃区将使其向明火发生转化。     

圆柱型燃烧器内甲烷燃烧转化率数值研究

甲烷燃烧具有环境污染小、放热量大等优点,但甲烷燃烧转化率受很多因素影响,因此,研究甲烷燃烧过程的转化率就显得尤为重要。基于计算流体力学中的涡耗散模型,运用有限容积法建立甲烷和空气非预混燃烧与扩散数学模型。针对具有3个小挡板,一个喷嘴的圆柱型燃烧器进行数值研究。结论:随着不同入口空气速度的逐渐增加,甲烷-空气非预混燃烧反应不充分,在轴向距离2 m处,反应生成的水和二氧化碳的含量逐渐减少,然而氧气增多,甲烷燃烧的转化率变低;随着不同入口甲烷速度的逐渐增加,甲烷-空气非预混燃烧反应充分,转化率变高;随着不同入口甲烷温度的增加,氧气浓度增加,甲烷-空气非预混燃烧反应不充分,转化率降低。     

爆炸冲击波在建筑群中传播规律的数值模拟研究

为了研究建筑群的布局特性对爆炸冲击波传播的干扰作用及爆炸对周围环境的影响,笔者基于任意拉格朗日多物质流固耦合算法,对空气采用ALE网格,爆轰产物采用JWL状态方程,利用LS-DYNA程序对TNT理想爆炸源的爆炸进行了数值模拟,并与经验公式的计算结果进行了对比,得出了数值模拟方法可行的结论。在该基础上,以一个建筑小区为例,对其遭受爆炸后的响应作了进一步模拟研究。结果表明,建筑物的密度和布局方式对爆炸场的数值与形态都有敏感作用,因此,在城市规划建筑布局阶段,应考虑建筑密度和布局对爆炸冲击波的影响。     

矿井瓦斯煤尘爆炸传播数值模拟研究

基于连续相、燃烧、颗粒相数理方程建立瓦斯煤尘爆炸传播数理模型,并应用连续相、颗粒相计算方法,依据大型巷道瓦斯爆炸、瓦斯煤尘爆炸传播实验数据,借助普遍应用的流场模拟平台,成功开发瓦斯、煤尘爆炸数值模拟系统。该系统可有效地模拟煤矿瓦斯、煤尘的爆炸事故过程,对瓦斯爆炸的爆燃转爆轰、煤尘是否参与爆炸、爆炸冲击传播速度、衰减规律以及爆炸灾害的波及范围都能进行较准确的模拟。     

空间碎片超高速碰撞的数值方法研究

应用非线性动力学数值仿真软件AUTODYN-2D对空间碎片的超高速碰撞问题进行模拟,研究不同数值计算方法和材料模型的适用范围,空间碎片形状对碎片云的影响,冲击相变等问题。结果表明,在研究超高速碰撞中普遍采用的SPH方法可以很好地模拟碎片云的情况,但是难以对冲击相变问题进行模拟,而采用侵蚀模型的拉格朗日方法可较好地反映冲击相变现象。Tilloston状态方程适用于描述冲击相变问题,包括汽化问题。Johnson-Cook强度模型用来对应变硬化、应变率硬化以及熔化等问题进行模拟。因此,在当速度足以使材料发生相变时,Tilloston状态方程和Johnson-Cook强度模型是比较好的选择。