码头密度对长江中游典型河段内溢油运移影响数值模拟

为了研究河道码头密度对溢油扩散的影响,以沌口至阳逻河段为例,基于MIKE21水动力及溢油扩散模型开展了局部岸线均匀布置不同密度码头下的多情景溢油模拟,计算得到了河段的水动力条件和溢油行为变化.结果表明:1)各码头密度下水动力变化均表现为工程区上游水位抬高,前沿主流区流速增大、工程区流速减小且其幅度相对更大,水位和流速变幅随码头密度的增大逐渐变缓;2)当上游溢油点不与码头岸线同侧时,溢油扩散受码头影响较小,当溢油发生于码头岸线同侧时,溢油扩散受码头影响不容忽视,尤其当码头密度大于1.25座/km时,工程区内溢油漂移速度将大幅减小,致使油膜滞留时间和油膜面积显著增大;3)取水口等水源保护地上游同岸侧附近不宜修建密集码头、港区.     

线板式电除尘器中离子风的数值模拟

为了探索线板式电除尘器在高压放电过程中离子风的流动特性,使用Fluent软件对电除尘器进行三维数值模拟研究.通过用户自定义函数(UDF)编写实现了电场、流场以及颗粒场的耦合,讨论了在不同电场风速、运行电压和板间距下,离子风对流场特性的影响.结果 表明:在离子风的影响下,电晕极附近会形成对称的涡旋,电场风速较低时涡旋更明显;随电场风速增加离子风对主流气流的影响减弱,当电场风速大于0.8 m/s时,离子风的影响较弱;离子风对主流气流的影响也会随运行电压升高而增大,随板间距增大而减小.     

脱硫塔气流均布数值模拟

针对湿法脱硫塔内部流场不均匀等问题,提出一种用于气流均布的倒“V”字形气流均布板,运用CFX软件分别对装有孔隙率为40％、50％和60％的气流均布板的脱硫塔在引入2层喷淋的情况下进行流场数值模拟,并与无气流均布板的情况进行对比.结果表明,未加气流均布板时,脱硫塔内烟气分布不均匀,横截面的烟气速度标准方差最高达到2.024;加装倒“V”字形气流均布板后,脱硫塔内烟气流场改善效果明显,横截面速度标准方差可减小到约1.1.综合分析脱硫塔内流场、温度场和压力场,发现安装孔隙率约50％的气流均布板时效果较为理想.研究表明,脱硫塔内加装倒“V”字形气流均布板可提高脱硫效率,应用在氨法脱硫系统中可有效减少氨逃逸.     

土方施工阶段扬尘扩散特征数值模拟

土方施工是建筑工程施工中扬尘排放最为显著的阶段,会造成严重的大气环境污染.为了制定有效的防控措施,需对扬尘质量浓度及分布规律进行分析.采用欧拉-拉格朗日气固两相流数学模型,对土方施工阶段不同基坑深度、不同风速下颗粒物的扩散过程进行数值模拟,并得到不同工况下颗粒物的扩散特征.结果表明,围挡和基坑壁对施工扬尘的扩散有抑制作用,但随着风速增加,抑制作用变小.相同风速下,随着基坑深度增加,扩散到基坑外面扬尘颗粒物的质量浓度降低,当基坑深度由2 m变为6 m,风速为3 m/s时,每个点位的质量浓度平均下降6.6％左右;当基坑深度由2 m变为6 m,风速为6 m/s时,每个点位的质量浓度平均下降9.5％;当基坑深度由2 m变为6 m,风速为12 m/s时,每个点位的质量浓度平均下降11.6％.障碍物的迎风面、2个障碍物之间以及围挡边缘的颗粒物质量浓度显著高于其他区域,应重点监测并做好降尘措施.     

建筑物通道内火灾烟气运动的数值模拟

发生在各种长通道内的建筑火灾受到人们越来越多的关注.研究此类火灾烟气运动的特点,对于发展火灾烟气控制技术,减少烟气对人员的伤害具有重要的意义.应用场模拟方法,对有自然通风的建筑物通道内的火灾烟气运动进行了数值模拟.模拟得到的通道内烟气温度的分层分布与实验数据基本相符合,烟气对环境空气卷吸量的计算值也与已有经验关系式的结果相一致.利用数值模拟还研究了释热率对通道内火灾烟气运动的影响.结果表明,在有自然通风的条件下,释热率的增大对通道上层热烟气的温度和速度有较明显的影响,导致火灾的危害性变大.     

平地型铀尾矿库氡大气扩散数值模拟及环境效应分析

以平地型铀尾矿库为研究对象,采用数值模拟方法,分析了铀尾矿库下风向的氡扩散和浓度分布,并预测了该地区常年主导风向下氡对公众所致的年有效剂量。结果表明,风速从0.5 m/s变化到2.0m/s时,氡在尾矿库下风向的积聚范围由5 000 m缩减为2 500 m,尾矿库下风向2 500 m距离以内的氡浓度降低较快,随着距离的增大,近地面区域氡浓度不断降低,5 000 m外氡浓度变化渐趋平缓。U10=0.5m/s时尾矿库下风向地区的氡浓度比其他风速下最高高出近43%。对照公众个人的年有效剂量标准,考虑风频风速影响,对氡的环境效应分析表明,低风速下现行标准中铀尾矿库防护距离的规定值偏小,应进行适当调整。     

考虑悬浮物吸附沉降作用的资江河道放射性核素迁移数值模拟

基于Langmuir吸附动力学方程和最小二乘原理,运用Matlab数学工具,结合测量数据,对吸附解吸速率进行了数值模拟;同时根据资江河道的具体情况,建立放射性核素在河道中迁移转化的分相模型,选择与核素相适应的数值模拟技术,实现核素在水、悬浮泥沙和底泥沙中分布的可视化。结果表明,放射性核素在底泥相和水相中的变化规律相似,底泥沙对核素的吸附量和核素水相质量浓度都随时间推移逐渐增大,随距离增大逐渐趋于0,另外,悬浮泥沙对核素的吸附量在经过水库后会逐渐减小,说明水库具有沉淀悬浮泥沙的作用。验证试验表明模拟结果和试验结果接近,说明所建模型比较合理。     

不同进风方式对住宅厨房炊事双重污染扩散影响数值模拟

我国常规住宅炊事废热和颗粒物双重污染较严重,厨房进风方式影响污染物扩散和分布。为了研究厨房不同进风方式下污染物扩散分布规律,建立小型住宅厨房物理模型,采用CFD软件模拟室内气流流动,基于离散相模型模拟颗粒物运动轨迹并得出质量浓度分布,选取了炊事过程实测数据验证模型。提出开窗进风、窗缝渗透进风、恒定进风量进风3种进风方式,假定540 m³/h、810 m³/h和1 080 m³/h 3种进风风量,根据典型气候区室外环境参数确定进风温度,数值模拟进风方式和风量对室内环境的影响。数值模拟结果显示：厨房颗粒物源散发率在0.6 mg/min时,室内呼吸区颗粒物质量浓度为0.025～0.277 mg/m³。合理地补充进风量能够降低室内颗粒物浓度,厨房窗口恒定风量进风有助于形成较好的室内环境。     

水温对平流式二沉池运行影响的数值模拟

借助改进的RNG κ-ε两方程湍流模型和简化的多相流混合模型,采用计算流体力学软件Fluent模拟某污水处理厂平流式二沉池在不同水温下的运行效果.通过对比Johnson对水库水温变化的实测数据验证了模型和模拟方法的可靠性.对平流式二沉池的模拟结果表明:不同水温条件下池内水流速度存在相似的分布,在池的下部和上部各存在一个回流区;池内水温降低会造成上部回流区域减小、出水固体颗粒质量浓度增大,从而导致二沉池的颗粒去除率降低;采取增大颗粒粒径、密度和在沉淀池出水口前加设挡板的措施均能有效降低出水固体颗粒质量浓度.     

TTF型分解炉协同处置市政污泥数值模拟研究

对河北省某日产量为4 500 t水泥厂中TTF型分解炉建立模型。采用ANSYS FLUENT软件研究了不同市政污泥添加比例对TTF型分解炉内流场、温度场及组分场分布变化规律并进行综合优化。研究过程设置了市政污泥质量分数为0、5%、10%、15%、20%、25%共6个试验条件,在验证模型正确的条件下,结果表明：市政污泥具有良好的燃烧稳定性,采用市政污泥代替部分燃料不影响分解炉正常运行。分解炉中产生了3次喷腾效应,与TTF型分解炉炉型特点吻合,燃烧室具有明显的高温区,模拟反应结果与实际工况吻合较好。随着市政污泥比例的增加,燃料的燃尽率从78.33%升至89.67%,水泥生料分解率由84.99%升至88.85%。当污泥添加质量分数为15%时,NO与CO₂排放相对较少。研究结果可为水泥厂污泥燃烧优化提供依据。     

巷道湿喷作业风流-粉尘运移规律的数值模拟

为了解决巷道湿喷混凝土作业粉尘污染问题,针对巷道湿喷作业现场的风流场和颗粒场特点,采用κ-ε模型并运用气固两相流理论建立了巷道湿喷作业风流-粉尘运移的数学模型,利用Fluent软件进行了数值模拟,通过与现场实测数据对比,发现模拟结果与实测数据相吻合.结果表明,湿喷产尘口下风侧0～6m区域聚集了大量的高质量浓度粉尘云团,基本扩散至整个巷道断面,最低质量浓度高达12 mg/m3,湿喷产尘口下风侧6 m以后,高质量浓度粉尘云团消失,粉尘逐渐向巷道其他区域分散运移,但局部粉尘质量浓度依然高达30 mg/m3,直至湿喷口下风侧16.4 m以后,粉尘质量浓度迅速降低至3 mg/m3以下.由此提出了“湿喷作业粉尘三区理论”,并提出将参与搅拌、上料等作业程序的设备和人员布置在“可接受粉尘区”为最佳.     

辐流式二沉池两相流数值模拟优化研究

用计算流体力学的方法对城市污水处理厂二沉池进行了优 化设计.利用改进的RNG κ-ε模型和多相流混合(Mixture)模型,在 沉淀池外部结构不变的情况下,对辐流式二沉池中部无挡板和有挡板 两种情况下的质量浓度场、颗粒沉降速度和沉淀效率进行了数值模 拟.在此基础上加入稀疏颗粒,采用离散相模型(DPM)对悬浮物颗粒 在沉淀池中的运动轨迹进行了追踪模拟.结果表明,沉淀池中固相颗 粒的行为和分布受湍流和漩涡的影响,显示出与理想沉淀理论不同的 轨迹.水流进入沉淀池后形成异重流迅速向下流动,在池内形成一个 大的回流区.在池半径中部安装竖直挡板能有效增加沉淀池后半部 分的沉速,有利于颗粒物的沉降,能够将沉淀池中悬浮物去除率从 76.9％提高到91.2％,使出水中悬浮颗粒质量浓度降低约62％.     

抑制浮萍生长的水动力条件试验与湖库流场数值模拟

为利用水库补水产生的水动力改善水体水质,抑制浮萍生长,以红领巾水库为研究对象,通过试验确定抑制浮萍生长的水流流速,用数值模拟方法预测不同补水口位置、数量及不同补水流量情况下水库的流场分布,以使抑制浮萍生长的水流流速所占水域面积最大。结果表明:0.13 m/s以上的水流流速可抑制浮萍的生长;当补水量为2×10~4m~3/d时,补水口位置对流场分布无显著影响,但补、出水口相距越远越有利于改善水质;补水口数量对流场分布的影响较小,较佳的补水口数量为2个;增加补水量对抑制浮萍生长的作用不显著;设置潜水循环泵人为强化水流流动对抑制浮萍生长的作用显著。     

城市冠层内流场和热力结构的数值模拟

选用基于k-ε湍流闭合方法的城市冠层流场模式,用内部建筑物实际大小和布局来表示下垫面,从动力学和热力学两方面模拟了西安市的一个城市冠层,并将模拟结果与该区域内3个高度收集的数据进行了比较.结果表明:计算得出的流场分布与观测拟合值之间有较好的一致性,该模式可以用于具有复杂下垫面的城市冠层流场的模拟.     

基于典型降雨TN入库过程的水库水质响应数值模拟分析

以东北某大型水库为例,应用MIKE3软件,根据夏季典型降雨入库过程,模拟了水库水动力场。根据面源污染物入库质量浓度的时间变化特征,以TN为代表因子,对TN入库的动态过程进行了三维数值模拟。结果表明:面源污染物TN质量浓度与降雨量和入库流量有较强的相关关系;强降雨初期是面源污染的高峰期;在空间分布上,TN污染团中心在12 h、42 h、60 h、78 h时迁移扩散至入库口下游0.42 km、2.25 km、3.33 km、4.04 km;在时间尺度上,TN表层在对应时刻超标范围分别为0.98 km2、2.72 km2、3.71 km2、4.77 km2,污染团中心的质量浓度逐渐降低,分别为3.6 mg/L、3.1 mg/L、2.5 mg/L、2.1 mg/L。     

井下采煤影响矿区坡面形态及侵蚀的数值模拟分析

针对井下采煤产生的大范围岩移必然最终改变原有地表形态并影响坡面侵蚀特征及规律这一特殊性,从井下与地表相结合的新视角,结合彬长矿区水土流失特征和典型煤矿采矿条件,以采厚、地表坡面坡度等因素为变量,构建了20个不同类型的数值模型,通过数值模拟方法研究并揭示井下采煤对地表坡面形态及侵蚀的影响规律。结果表明,第一,地表坡面坡度会随采厚增加而呈现增大的趋势,且自然坡度越大,坡度变化量越大;相同采厚条件下,坡度增大率与坡面自然坡度整体上呈负相关。第二,地表坡面坡长会随采厚增加而呈现减小的趋势,且自然坡度越小,坡长变化量越大;随采厚增加,地表坡面坡长减小率与自然坡度呈先正相关后负相关的关系,自然坡度为26.57°是拐点。第三,采厚的增加会提高地表坡面产流产沙的强度,加剧坡面侵蚀,这种效应在坡度较小的坡面更加显著;井下采煤引起地表坡面坡度的增大是产生这一规律的主因。