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.     

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。     

城区天然气管道泄漏数值模拟与爆炸危害分析

在人口密度为三级和四级的城区内,密集的高建筑物对天然气管道泄漏后的扩散和流场形成产生重要影响。本文以某城市的实际情况为例,建立多建筑物的空间几何模型,采用k-ε湍流方程,SIMPLE算法,模拟了在三种不同风流速度、三种不同压力条件下,城区天然气管道泄漏气体在多建筑物地形中的扩散情况。根据模拟结果,依据天然气的爆炸极限,对模拟结果及其火灾爆炸危害的范围进行了对比分析。结果表明,CH4气体的泄漏扩散同时受管道压力、风流速度和周围建筑物的影响;同时受当地风速的影响,泄漏气柱在风流作用下会发生偏折,造成阻挡风流的建筑物内侧危险气体浓度升高,大大增加建筑物周围环境的危险性。研究结果对城区天然气管道的建设具有一定的指导意义。     

湍流模型和壁面函数对有障碍半开口空间氢气燃烧模拟的影响

为了进一步验证有障碍半开口空间内氢气燃烧数值模拟的准确性,使用对比验证的方法对FLUENT软件湍流模型和壁面函数数值模拟结果的准确性进行了研究。研究结果表明:可实现k-ε湍流模型和非平衡壁面函数使燃烧压力和火焰形状与实验结果相比偏差较大,RNG k-ε湍流模型和可伸缩壁面函数可更准确地预测燃烧压力变化及火焰传播行为。     

街道峡谷中汽车排放的CO气体扩散特性的数值模拟

为了研究平行街道中汽车排放的污染气体扩散特性,本文采用RNG k-ε湍流模型和污染气体扩散方程对几种不同结构的平行街道进行了二维数值模拟,得到了峡谷内的流场和质量浓度场分布.结果表明,与单个街道峡谷相比,平行街道内污染气体扩散特性有很大不同,通过增加街道单侧建筑物的高度,可使污染气体容易扩散,减少污染气体在峡谷中的聚集.     

重气泄漏扩散实验的计算流体力学(CFD)模拟验证

运用CFD软件Fluent中的标准双方程湍流模型,对重气瞬时和连续泄漏的扩散进行了模拟以预测重气扩散过程中参数的变化,结果表明重气在垂直高度上的浓度随高度增加而减小,对于重气到达一点处的时间而言,瞬时泄漏的预测时间小于实际到达时间,而且浓度减小到零的时间也要先于实际的时间,连续泄漏的情形则相反,模拟过程假设风速和风向不变导致模拟结果没有实际的波动大.通过将模拟的最大摩尔浓度进行误差统计计算表明:Fluent对于连续泄漏源的扩散模拟结果最为准确.CFD模型能准确预测重气扩散过程中气体浓度的变化,可以应用于实际的风险分析和安全评价中.     

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。     

置障长管内丙烷-空气爆炸过程的流场特性研究

本文构建了12 m×0.125 m的大长径比密闭管道的二维模型,运用计算流体动力学软件Fluent,基于Realizable k-ε湍流模型和预混燃烧模型,对有障碍物条件下丙烷-空气爆炸过程中湍流对火焰的加速机理进行数值模拟研究,重点分析不同阻塞率对流场微观特性的影响规律。结果表明,阻塞率对管道内流场特性的影响十分明显,在一定范围内,阻塞率越大,火焰锋面前后的速度梯度越高,引起的湍流涡旋规模越大,导致火焰阵面的变形程度越严重,使得火焰锋面传播速度以及气体的扩散速度也越快。     

重气扩散的数值模拟

易燃易爆有毒物质泄漏事故常形成比空气重的气云 ,国外已开发了大量不同复杂程度的重气扩散模型 ,其中数值模拟已成为快速发展的领域。本文综述了重气扩散的湍流模型 ;还描述了数值模拟的计算方法及其准确性 ;最后分析了目前存在的问题 ,提出了今后的发展方向。     

海底管道泄漏原油扩散漂移规律数值模拟

针对浅海输油管道泄漏原油扩散漂移问题,依据计算流体动力学理论,采用VOF模型和k－ε湍流模型来模拟多相流动,采用速度边界造波法和阻尼消波法来模拟波浪,建立洋流波浪环境下海底管道原油泄漏扩散漂移模型,对不同海洋环境、原油密度和泄漏量工况下的原油扩散漂移行为进行模拟,预测水下原油扩散上升路径、上浮到水面时间、溢油扩散范围以及水面溢油漂移速率等关键数据。研究结果表明:相对于静水、洋流和波浪等单一环境条件,在洋流波浪环境下泄漏原油的水下扩散范围更广、扩散上升速率更小、水面原油漂移速率更大;海洋环境对原油在水面的漂移速率影响较大,泄漏速率对原油的水下上升扩散速率影响较大;原油密度主要影响水下原油上升扩散过程,对水面原油漂移过程影响较小。     

可爆性气体泄漏扩散时均湍流场的数值模拟

本介绍了一种基于κ—ε湍流模型的研究可爆性气体泄漏扩散的三维数值模拟方法。中对乙炔气体扩散试验的风场和质量浓度场进行了数值模拟，并将质量浓度场的数值模拟结果与风洞试验数据进行了比较。模拟结果与试验数据吻合得很好，从而验证了本数值模拟方法的有效性。     

基于CFD的深水钻井溢油事故定量风险评估

针对深水钻井作业过程中的井喷溢油问题,基于计算流体力学(CFD)方法,通过UDF函数给定海流流剖面、波浪入口边界条件和海水静压分布情况,结合标准k-ε方程,采用VOF模型实现对油、气、水三相自由面的追踪,建立了溢油扩散事故数值仿真模型,评估深水条件下溢油扩散危害区域,研究海流流速、溢油量对原油扩散的影响。结果表明,海流流速和溢油量是原油扩散行为和危害区域分布范围的重要影响因素。     

消防脉冲水枪喷嘴结构优化研究

为了进一步提高脉冲水枪的灭火效率,采用CFD技术对维多辛斯基曲线结构、锥直结构和锥角结构3种喷嘴结构进行选型优化。CFD数值模型采用RNG k-ε方法模拟湍流,利用VOF模型追踪管道内部及外部流场的气液界面,研究了不同喷嘴结构对气液分布、能量转化、速度分布的影响,并结合水室中水的体积分数和出口速度曲线图对喷射周期进行分析。研究结果表明:维多辛斯基曲线结构射流周期T=14.8 ms、锥直结构T=15.4 ms、锥角结构T=17 ms;维多辛斯基曲线结构和锥直结构的出口速度衰减较缓慢,喷嘴前端的圆柱结构能提高射流速度的稳定性;维多辛斯基曲线结构喷嘴的出口速度更稳定、集束性更好、能量转化率更高,且产生的射流水柱呈锥式逐渐扩散,动能集中分布在轴线附近,能有效增大喷射距离,提高脉冲水枪的灭火效率。     

障碍物对火焰结构影响的 Realizable k-ε模型数值模拟

在管道内设置长方体障碍物,对火焰翻越障碍物的情形进行数值模拟研究,分析火焰褶皱现象。基于可实现k-ε模型(Realizable k-εmodel)和EDC(涡流耗散概念模型),建立湍流加速火焰现象的数值模型,实现管道火焰流场的可视化,研究障碍物对火焰结构、火焰流场的加速过程,分析了导致火焰发生褶皱的机理,得出火焰在翻越障碍物后会形成两个相反方向的涡流。     

采油射流泵内流场数值模拟

采油射流泵内流场是具有逆压力梯度的强湍流场，扩散管部分具有不规则边界。采用代数法生成扩散器贴体坐标系统；并选择使用高Ｒｅ数ｋ－ε。模型及考虑逆压力梯度影响的壁面函数法对射流泵整体流场进行数值模拟。将理论结果与试验值进行对比分析，二者基本符合，数值模拟的可靠性得到了验证。     

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。     

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。     

贯通巷道风流流场数值模拟若干关键问题研究

根据计算流体力学基本理论,利用计算流体动力学(CFD)软件Fluent,运用三维k-ε湍流模型对贯通型巷道风流流场数值模拟中风流入口、出口位置对巷道风流流场分布的影响、湍动能k及湍动能耗散率ε的取值对模拟结果的影响等进行考察。通过研究确定模拟巷道的流体力学入口长度,确定模拟巷道出口位置;湍动能k及湍动能耗散率ε的取值对入口附近流动还没有充分发展区域拟解算的结果影响较大,而对流动充分发展的区域影响较小。将数值模拟风速值与理论计算风速值进行对比,模拟结果与计算结果非常一致,验证了数值模拟方法的正确性,为研究贯通型巷道风流传质过程、瓦斯运移规律及通风排污效率等提供了理论基础。     

基于CA-气团模型的市内重气扩散模拟与研究

针对市区内的固定地点出现重气泄露,并在街区内近地扩散的事实,构造了基于细胞自动机(Cellular automata)-气团模型,用以进行上述情况模拟.将气体的宏观扩散等效视为多个气团,使用细胞自动机生成气团的运动模型.将气团的特征表示为Qi(→V0i,xi,yi),参考高斯模型确定影响半径D用以区分浓度梯度扩散Sd和自由扩散Sf,并构造了边界接触条件.假设了模拟的市内环境,使用该模型在大气稳定状态下模拟氨气扩散.结果表明:气团的扩散符合实际情况,其在某区域的个数可以代表该区域重气浓度.模拟过程中也表现出了传统模型不具备的扩散特征,这些特征与重气的实际扩散过程更为相近,从而便于逃生和灾害控制.     

障碍物地形条件下重气泄漏扩散实验的CFD模拟验证

重气泄漏扩散是一种危害性较大的多发事故,而一旦在人口密集区域发生泄漏事故,周围居民将处境危险。重气泄漏后一般沿地面扩散,而地形条件是影响其扩散行为的重要因素。本文利用计算流体力学方法(CFD)对Thorney Island Trial026实验条件进行了数值模拟,考察障碍物对气体扩散的影响并与实验结果进行对比。结果表明,模拟结果与实验数据的吻合性较好,证明CFD软件能够较准确地模拟障碍物地形条件下的重气扩散过程。