基于Ventsim的深部矿井通风系统优化及热效应模拟研究

以某矿为工程背景,在完成通风系统检测的基础上,采用增阻和增设虚拟热源的方式,通过Ventsim三维仿真软件对矿山整体通风系统进行网络解算和热效应模拟。结果表明,优化后的深部水平进风量由4.04 m³/s增加至9.30 m³/s,并分析计算出深部水平热效应与通风量之间的变化关系,可为类似深部矿井通风优化提供参考依据。     

基于CFD仿真方法的大桥锚室除湿方案研究

锚室是悬索桥的重要构成部分,常位于地下或半地下空间,进入锚室内部的雨水与地下水蒸发到空气中,若锚室除湿风系统布置不善,将使局部空气相对湿度大于40%,加大锚室内部裸露主缆钢丝的锈蚀程度,直接缩短整座大桥的使用寿命。探究了锚室除湿风系统送风口送风角度的改变与锚室内部空气速度场及绝对湿度的关系。首先根据流场运动控制与输运方程描述了锚室内部空间空气与水蒸汽的运动与分布规律,分析了在风量不变的情况下锚室内部的流速场、绝对湿度场,通过不同送风角度的比对分析原方案的情况,对不足之处加以改进。其次,在获得最佳送风角度且不改变总风量的情况下,通过改变顶部与底部送风的风量分配,探究风量分配对锚室绝对湿度的影响。研究表明,当采用顶部与底部送风结合的方式,顶部送风方向与缆束轴线方向平行且顶部送风风量为600 m³/h,底部送风风量为1 800 m³/h时除湿效果佳。     

基于蒙特卡罗模拟的高校室内甲醛暴露健康风险评价

为了量化分析高校新建教学楼室内环境污染引起的健康风险问题,调查了武汉市某高校新建教学楼室内甲醛污染状况,引入美国环保署(EPA)致癌风险模型,运用蒙特卡罗模拟室内甲醛暴露对不同性别的教师和学生受体造成的健康风险,进行不确定性分析,并研究各参数敏感度。结果表明,该教学楼室内的监测点监测得到的甲醛质量浓度数据中有5%超过标准限值(0.10 mg/m³,参照《室内空气质量标准》),存在一定的健康风险。健康风险评估结果显示,男性的癌症风险和超标率略高于女性,教师群体健康风险平均值超过限值(1×10^-6)9倍左右,且高于学生群体3~4倍。对教师造成影响最大的参数为暴露时间,对学生影响最大的参数为甲醛质量浓度,在无致癌风险的室内甲醛质量浓度和在可接受健康风险限值(1×10^-6)下,推荐教师每日平均暴露时间不超过0.31 h/d(男性)和0.35 h/d(女性)。     

地铁停车线区域通风排烟模式研究

为明确复杂结构、多排烟系统联动作用下,地铁停车线区域火灾烟气扩散特性,优化停车线通风排烟策略,针对广州某停车线区域开展了火灾现场实验和数值模拟研究。首先,基于全尺寸火灾试验结果,获取停车线区域典型火灾场景下的烟气扩散和沉降特性,并测量停车线区域不同通风模式下的气流流速;随后,运用数值模拟方法对比多种排烟模式下的烟气控制效果,并分析隧道风机和射流风机排烟风量对烟气扩散特征的影响形式。研究结果表明：自然通风场景下,火灾烟气起火后180 s内即可进入区间隧道及配线隧道,而启动隧道风机排烟可以减缓烟气扩散速率和沉降速率,但隧道风速未达到临界风速时,无法控制烟气向外扩散;隧道风机排烟组合区间射流风机向停车线送风的工作模式是停车线区域最佳排烟模式,建议隧道风机采用2台60 m³/s风量风机,射流风机采用2台30 m³/s风量风机,可同时降低停车线区域、区间隧道及配线隧道区域的烟气扩散和沉降速率,延长各区域可用疏散时间。研究结果可用于指导停车线风机选型及排烟模式设计,提升停车线区域火灾烟气控制能力。     

武钢有限热能电站锅炉烟气净化工艺选择与应用

根据目前钢铁行业超低排放改造要求,燃气锅炉烟气污染物排放浓度的控制标准是颗粒物、SO₂、NO_x排放质量浓度小时均值分别不高于5、35、50 mg/m³。通过对武钢有限热能电站2台220 t/h高温高压燃气锅炉的烟气净化工艺的选择和论证,最终采用低氮燃烧+SCR脱硝+钙基固定床干法脱硫除尘工艺,实现热能电站锅炉的超低排放改造,为其他燃气锅炉的烟气净化治理提供参考和借鉴。     

制曲车间多尘源粉尘分布特征数值模拟

为揭示制曲车间粉尘运移规律及其分布特征,以某酒厂制曲车间拆曲工艺区为研究背景,基于高斯模型建立制曲车间粉尘质量浓度方程,运用Fluent软件数值模拟自然通风条件下,不同尘源位置及数量等多种工况的制曲车间粉尘扩散过程,并相互验证粉尘质量浓度的理论计算值、数值模拟结果与实测数据,得到不同工况下制曲车间粉尘质量分布及运移时空演变特征。研究结果表明：发酵仓内尘源位于不同位置时,粉尘主要集中于作业面附近,其中,仓内近窗作业与中部作业相比较,前者造成发酵仓粉尘高质量浓度区域更广,全尘峰值质量浓度在200 mg/m³附近上下波动;与走道相对位置不同的发酵仓进行近窗作业时,走道粉尘主要集中于作业仓附近,多个发酵仓同时作业与单仓作业相比,多尘源会对走道粉尘分布产生叠加效应,其中,相邻仓作业时走道粉尘污染最严重,全尘质量浓度高达75 mg/m³以上;单仓、相邻仓、相对仓作业工况下,分别在作业时长为525、470、498 s前后,粉尘已扩散至整个走道。     

室内氢气泄漏扩散的数值模拟

氢能是有发展前景的新型能源之一,氢气的安全储存是氢能应用必须解决的问题。本文建立了基于大容量金属储氢装置的室内氢气泄漏扩散模型,利用计算流体力学软件FLUENT,对室内储氢罐的泄漏扩散过程进行数值模拟,得到了氢气泄漏扩散的速度分布、浓度分布。分析数值模拟结果,得出在该模拟条件下,氢气泄漏时的流动状态为射流湍流;泄漏后上浮扩散,空间密闭时积累于室顶;通风条件下大部分区域的氢气浓度仍然高于安全限值。通过数值模拟,总结出氢气在室内环境下的泄漏扩散规律,可为氢气泄漏事故的处理消防安全设置提供依据。     

基于DPM模型的建筑小区内颗粒物扩散研究

近年来,颗粒物污染是影响居民居住环境的关键因素,为了控制颗粒污染物扩散、改善居民生活环境、提高居民生活质量,有必要研究不同风向和不同污染源位置下颗粒物的扩散规律。根据几何参数建立了建筑小区的三维模型,采用FLUENT软件,选用RNG k-ε两方程模型和离散相模型(Discrete Phase Model,DPM)对建筑小区内的气流运动、颗粒物扩散及浓度分布进行数值模拟,给出不同风向、不同污染源位置下人呼吸高度和窗高处的空气流场和颗粒物浓度场。研究显示,结合当地主导风向,合理安排建筑小区布局及车道的走向可以有效减轻建筑小区受污染的程度,从而提高建筑小区风环境质量,改善居民的生活环境。     

深圳市道路环境空气中PM2.5水溶性离子污染特征

利用深圳市深南中路路边自动空气监测站的水溶性离子色谱监测仪的观测数据,对PM_2.5中水溶性无机离子进行污染特征解析。结果表明,观测期间深南中路路边子站PM_2.5中主要水溶性无机离子的总平均浓度为7.73μg/m³,占PM_2.5平均浓度的39.8%,是PM_2.5的重要组成。其中二次离子SO₄^2-、NO₃^-和NH⁴⁺的平均浓度分别为3.03μg/m³、1.97μg/m³和1.53μg/m³,占总离子平均浓度的84.5%,是最主要的水溶性离子。通过观测,分析了此站点发生的多次水溶性离子污染过程的成因、水溶性离子的的日变化特征及影响NH₄NO₃气粒分配的关键环境因素。     

抛光打磨车间便携式除尘器本体设计与试验

基于气旋分离和滤筒过滤的除尘原理,采用气旋分离作为一级除尘分离大颗粒粉尘,滤筒过滤作为二级除尘去除细颗粒物,设计并构建了适用于抛光打磨车间的便携式除尘器试验模型,并对其运行性能参数进行测试。结果表明：除尘器处理风量为117～179 m³/h,漏风率和设备阻力随处理风量的增加而升高,漏风率控制在3.52%以内,设备阻力最小为163 Pa,最大为393 Pa;除尘效率随风量的增大而发生轻微降低,该便携式除尘器的最高除尘效率达99.63%。     

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°。     

改进灰狼算法优化GBDT在PM2.5预测中的应用

针对灰狼算法易陷入局部最优解和全局搜索能力不足的问题,通过霍尔顿序列(Halton Sequence)搜索算法初始化狼群位置,避免灰狼算法陷入局部最优解和重复运算;引入莱维飞行和随机游动策略对灰狼算法的寻优过程进行优化,以增加算法的全局搜索能力;利用粒子群算法模拟灰狼种群得出的最佳适应度以用于惩罚项改进灰狼算法中的头狼更新策略。使用改进算法优化的梯度提升树(Gradient Boosting Decision Trees, GBDT)模型对北京市大气污染物监测数据中PM_2.5质量浓度进行预测,采用3种评估函数对各模型以及混合模型预测效果得分进行评估。结果显示,本文改进的灰狼算法对梯度提升树的优化效果优于其他算法,均方根误差E_RMS为6.65μg/m³,平均绝对值误差E_MA为3.20μg/m³,拟合优度(R²)为99%,比传统灰狼算法优化结果的均方根误差减少了19.19μg/m³,平均绝对值误差降低了10.03μg/m³     

打磨车间细颗粒物空间分布规律研究

为探求打磨车间自然通风条件下的细颗粒扩散分布规律,以打磨车间为研究对象,根据气固两相流理论,基于fluent软件,利用数值模拟方法模拟自然通风方式下打磨车间1～10 m的钢尘颗粒的空间分布规律。研究结果表明：模拟结果与实际数据相对比,偏差为5.54%～7.76%,吻合度高;在自然通风条件下,作业人员长时间停留处呼吸带高度的粉尘质量浓度高达10.69～14.91 mg/m³;钢尘自打磨面脱离后随风流向车间上部运移,粉尘在接触车间顶部后发生偏移部分粉尘被储物区的涡流、回流流场捕获;相邻打磨台之间存在流场叠加效应;细颗粒粉尘因车间内风流与外界交换效率低而长时间滞留在车间。该研究可为控制打磨作业粉尘浓度、避免因粉尘浓度过高而引起职业病危害,并为设计最优的除尘方案提供基础数据。     

MM5/CALMET/CALPUFF数值模式在关中地区SO2环境空气总量控制中的应用

利用中尺度气象数值模式MM5、边界层风温场诊断数值模式CALMET和污染物扩散多源数值模式CALPUFF,模拟和预测了关中地区2007年逐时气象要素场和S02的质量浓度分布.SO2质量浓度预测结果与监测结果的对比分析表明,年均质量浓度的预测与监测值比较接近,日均质量浓度的预测与监测值的时间变化趋势基本一致.污染物扩散轴线与主导风去向一致.西安、咸阳和铜川污染物的扩散主要沿东北、西南方向,宝鸡、商洛主要沿西北、东南方向,渭南市沿着秦岭北麓向东西方向扩散,表现出关中特有地形和气象条件对污染物扩散的影响.在现状SO2排放源和不考虑城乡界线的条件下,以各市SO2年均质量浓度最大值点作为控制点,年均质量浓度的二级标准为判断条件,采用等比例消减原则测算关中地区SO2的环境空气总量约60万t/a,西安、咸阳、宝鸡、渭南、铜川、洛南分别约9万t/a、11万t/a、7万t/a、29万t/a、2万t/a、2万t/a;在考虑城乡界线的情景下,关中地区SO2允许排放总量约31万t.     

铜厂熔炼区污染源特征及环境参数分布特性

针对夏季正常生产的某典型铜厂熔炼工艺过程展开相关试验和实测研究。结果表明，污染源产生的颗粒微观结构不规则，其Rosin-Rammler粒径分布函数的均匀度指数为0.624,特征尺寸为104μm。该结果为熔炼工艺进行通风除尘数值模拟分析提供参考依据。出铜口处小于10μm的颗粒浓度均值约是排渣口处的40倍，并测得颗粒物上铜、砷元素占总元素质量比分别为11.03%和21.33%,故为保证出铜口处岗位环境中作业人员的健康，亟须提升出铜口处现有通风除尘系统的性能。熔炼区环境中SO₂主要来源于出铜工艺过程，出铜过程中SO₂短时间加权平均接触质量浓度为23.27 mg/m³,达到职业卫生标准中SO₂短时间接触容许质量浓度的2.33倍。结果可为通风系统高效设计、除尘设备合理选择、职业卫生标准工作场所有害因素职业接触限值的修订提供原始参考数据。     

杭州地铁1号线颗粒物污染水平监测与分析

为更好地了解杭州地铁运行环境，于2021年7月采用实地监测的方法对杭州地铁1号线部分车站站厅、站台、车厢内的PM₁、PM_2.5以及PM₁₀的质量浓度进行了监测。结果显示，杭州地铁现有空调通风设备能够较好地控制车站及列车内颗粒物的质量浓度，仅PM_2.5最高质量浓度(67.7μg/m³)超出国家一级标准；站台颗粒物的质量浓度普遍高于站厅颗粒物质量浓度，且两者相关性强；地铁运行时车厢内PM₁、PM_2.5以及PM₁₀的质量浓度变化平稳，客流量对PM_2.5的质量浓度变化没有显著影响，两者相关性低；各地铁车站站厅ρ(PM₁)/ρ(PM_2.5)均值为0.73,站台ρ(PM₁)/ρ(PM_2.5)均值为0.74,站厅ρ(PM_2.5)/ρ(PM₁₀)均值为0.88,站台ρ(PM     

定容燃烧弹内含煤尘甲烷爆燃火焰传播特性试验研究

为探究煤尘对甲烷爆燃火焰的直观影响，在定容燃烧弹(Constant Volume Chamber, CVC)内利用激光纹影技术获取了甲烷球形火焰纹影图像及含煤尘甲烷火焰纹影图像，分析了不同体积分数甲烷火焰(6.5%、8.0%、9.5%)的不稳定性，对比了不同质量浓度煤尘(5 g/m³、10 g/m³、15 g/m³、20 g/m³、25 g/m³)对甲烷火焰的影响，分析了含煤尘甲烷火焰传播机理。结果表明，定容燃烧弹内球形火焰发展经历了层流火焰、胞状不稳定火焰。煤尘对甲烷火焰的影响呈明显的阶段特性：在层流燃烧阶段，煤尘因吸热抑制火焰传播，且煤尘质量浓度越高，抑制作用越强；散布的煤尘可对火焰锋面产生扰动，使火焰加快发展为胞状不稳定火焰，且甲烷体积分数越接近化学当量比，煤尘质量浓度越高，火焰可更快发展为胞状不稳定火焰；随着化学反应速率提高，火焰温度上升，煤焦开始参与反应并增强流场自发光及反应持续时间。     

室内天然气泄漏扩散数值模拟及试验验证

为研究厨房内泄漏天然气的浓度分布及其变化规律进而分析评价其危险性,通过Gambit软件建立一个典型的住宅厨房几何模型,采用Fluent软件模拟灶具软管脱落导致天然气泄漏时,在厨房门不同开度状态下厨房内天然气浓度场及可燃区域分布。模拟结果表明:门开度越大,室内可燃区域体积越小,天然气浓度分布趋于稳定的时间越短,稳定时天然气浓度越低,厨房内出现较大可燃体积所需的泄漏时间越长;当门全开时,厨房内不会出现可爆空间。搭建一个小尺寸的厨房实物进行泄漏试验,同时进行天然气浓度的实测和Fluent模拟,模拟结果与实测结果基本吻合,从而验证Fluent模拟的有效性。     

综掘工作面气水联动除尘装置影响因素及应用效果分析

为掌握气水联动除尘装置影响因素及现场除尘效果,以便更好应用于现场实际。基于煤矿综掘工作面长压短抽通风控除尘系统,利用数值仿真和正交实验设计分析方法,系统研究除尘装置叶片参数、进风量和进风口位置等因素对除尘效果的影响规律。研究结果表明：叶片安装角为40°,扭转角为4°时,除尘器入口处负压值和进风量最大,而吸风口距工作面5 m、吸风量≥300 m³/min时的除尘效果较好。控除尘系统采用气水联动除尘装置后,各测点全尘除尘效率提高了40.8%～55.4%,呼吸性粉尘除尘效率提高了31.4%～41.3%,应用效果良好。     

城市地区应急污染物扩散的模拟

将城市边界层模式(CBLM)和随机游动扩散模式连接,组成城市地区应急污染物扩散模式,利用该模式模拟瞬时源(35 t氯气)泄漏后污染物在城市地区的扩散特征.通过平地、3种理想城市建筑和实际南京城市建筑条件下风场和污染物扩散模拟结果的比较,分析了建筑高度和密度对城市风场及污染物扩散的影响.此外,结合美国环保署的毒物浓度伤害准则AEGLs,评估了城市地区氯气泄漏后危险区域的变化特征等.结果表明,污染物质量浓度在地面随时间逐渐减小,质量浓度最大值在泄漏后10～60 min从约139 mg/m3降低到1 mg/m3,外围最小值也从约10 mg/m3降低到0.1 mg/m3.且质量浓度中心随气流向下游移动,在一定时刻内,水平分布尺度逐渐增大.由于建筑拖曳力影响,模拟区域风速变慢,污染物在模拟区域停留时间延长,质量浓度中心值衰减减缓,扩散面积衰减减缓;且建筑高度越高,建筑密度越大,以上特征越明显.污染物在实际扩散中,扩散特征随着建筑条件的变化而不断变化.在所设置的气象条件及事故发生条件下,事故发生30 min后可解除重伤区警报,事故发生1 h后可解除危险区警报.