活塞风对地铁隧道内烟气扩散特性影响的数值模拟

研究目的是探索地铁列车活塞运动所造成的隧道内三维非均匀初场对列车火灾烟气扩散特性的影响。采用计算流体力学(CFD)方法模拟列车从运动到停止于隧道中的过程,通过将瞬时计算域内三维速度场经过数据转换和传递作为进一步模拟火灾烟气扩散过程的初始条件,检验有效疏散时间内列车附近疏散空间的安全性,并将模拟结果与静止初始条件下的模拟结果进行对比。模拟所采用的三维非均匀初场更接近于真实的物理过程,使模拟结果更有助于揭示实际火灾过程的本质。模拟结果显示列车运动所造成的惯性气流对火灾早期烟气扩散有显著的影响,所采用的研究方法和结论能为制定更加可靠和安全的火灾应急预案提供理论依据。     

活塞风影响下地铁火灾烟气运动规律的数值模拟研究

地铁车站及地铁列车为人流密集的公众聚集场所,一旦发生火灾事故伤亡损失往往非常惨重,因此深入开展地铁火灾安全的研究有助于地铁安全管理工作。在合理分析地铁站台和列车火灾荷载的基础上,采用数值模拟方法对活塞风情况下地铁区间隧道火灾问题进行了模拟计算和分析,研究了在活塞风影响下的烟气蔓延规律和温度分布情况,其结果有助于提高地铁车站的运营的安全管理和发生火灾后的疏散指挥能力。     

有限元数值模拟在巷道掘进中的应用研究

利用有限元分析进行数值模拟井下巷道分步开挖,对巷道应力、位移、应变进行了分析,改善了应力分布,有效减少了瓦斯涌出。本文利用数值模拟分步开挖并应用于实践,通过现场试验论证得出合理的分步开挖顺序改变了岩石应力集中,减少了瓦斯涌出量。     

基于Fluent的矿井活塞风动力效应研究

采用标准k-ε湍流模型对矿车运行时巷道内的气流状态进行Fluent数值模拟,得到不同影响因素下矿车运行时巷内风流的变化规律。模拟结果表明,随着相对速度的增大,巷内活塞风动力效应都在增强,且逆风比顺风行驶时变化更剧烈;随着巷道阻塞比的减小,巷内的活塞风动力效应越来越不明显,巷内的损耗功率随着车速和矿车压差阻力的增大而增加。     

城际列车活塞风对地下车站排烟效果的影响

列车在区间隧道行进过程中,空气受挤压作用会在隧道内形成活塞风,活塞风对烟气扩散有一定的影响.为探明携火列车停站后活塞风衰减过程及其对车站轨行区上排烟系统的排烟效果影响规律,采用Fluent软件中的动网格模拟技术及Layering方法更新网格,对城际列车着火驶向地下车站及城际列车静止着火进行了仿真计算.结果表明:1)对比不同站台类型隧道列车停站后活塞风衰减过程,进站端活塞风风速均高于出站端且均在5 min后达到稳定;2)对比有无活塞风情况下地下车站排烟效果,无活塞风情况下地下车站排烟效率呈对称分布,有活塞风时地下车站排烟效率呈不对称分布;3)对比不同站台类型隧道的地下车站排烟效果,有活塞风情况下岛式站台隧道的排烟系统总排烟效率高于侧式站台隧道总排烟效率;4)岛式站台隧道无活塞风工况总排烟效率一直维持在85％左右,有活塞风工况排烟系统总排烟效率在4 min以后增至85％,最高达到90％;侧式站台隧道排烟系统总排烟效率在5 min以后增至80％左右.研究结果可为城际地下铁路车站的排烟系统设计提供参考.     

旋转风幕流场的数值模拟及实验研究

基于流体力学中空气射流理论,建立气幕旋风排风罩流场的三维数学模型。影响气幕旋风排风罩效果的因素很多,主要包括:射流气动参数、吹吸气动参数以及流动空间的边界条件和装置结构等。针对不同送风速度、不同送风角度下两种情况进行分析,并利用FLUENT计算动力学软件对这两种情况下气幕旋风排风罩的流场进行了数值模拟,经过比较确定出最佳效果时的参数,并利用示综烟雾进行了实验。结果表明:所建立的气幕旋风排风罩流场的数学模型完全正确,所确定的最佳效果时的参数和实际情况基本一致,可用于工程实际。     

巷道围岩再造承载层机理及数值模拟

在分析大变形巷道基本支护系统基础上,依据应力转移与强抗承载的围岩稳定思想,提出了巷道围岩再造承载层机理,建立了巷道围岩再造承载层稳定性力学模型,分析了巷道围岩再造承载层的稳定因素,最后进行了数值模拟。结果表明:巷道基本支护系统的承载能力与作用范围有限,基本支护系统作用下巷道浅部围岩呈“O”形整体收敛,弹塑性界面离层明显;而巷道两帮再造承载层与基本支护系统形成“Ω”形承载结构体,整体承载能力加强,顶板应力由底板深部转移改变为向两帮外伸移动,两帮围岩移动由巷道内收敛改变为向巷道底角外扩散,巷道围岩稳定性提高;巷道围岩再造承载层位置越高、长度越大,围岩越稳定;无支护巷道两帮垂直应力集中区明显,支护后巷道两帮垂直应力集中区得到弱化,浅部围岩形成“Ω”承载拱形体,两帮与顶板位移变化量较小,底鼓量为无支护巷道的84.65%,应进一步做好底鼓控制,围岩整体收敛变形较小,支护效果明显。     

金属矿井主扇反风技术分析及数值模拟研究

立足于现有的计算流体力学方法,提出了对轴流式风机反风的数值仿真模拟。运用CFD软件Fluent对轴流式风机正反转都进行了三维数值模拟,选用K40-4-15型轴流风机作为研究对象,重点研究了轴流式风机的反风性能以及叶片安装角、叶型拱度和转速对其反风量的影响。模拟结果为提高轴流式风机的反风量提供了科学的依据。     

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.     

基于数值模拟的城市中心区风环境研究

利用CFD软件对长沙市中心区典型区域的风环境进行了三维数值模拟研究。结果表明,城市建筑群布局不当会造成多方面不利影响:如建筑群内局部地区气流不畅,污染物难以扩散,影响市民身体健康;街道峡谷风使得行人行动不便,冬季热舒适感差;复杂的风环境可能造成建筑构件的损坏乃至脱落,对地面行人的安全造成威胁;建筑围护结构渗透风增加造成建筑能耗的增加。在城市规划和建设中,中心区风环境状况要引起足够的重视,在建设之前要进行风环境模拟与评估。     

基于矿井通风三维仿真系统软件的矿用空气幕选型方法

根据矿井风流调节的具体要求,合理选择矿用空气幕的型号是应用矿用空气幕技术的关键。在分析矿用空气幕选型依据及原理的基础上,应用矿井通风三维仿真系统软件模拟矿用空气幕运行的效果,来研究确定矿用空气幕的选型参数及影响因素。结果表明,应用矿井通风三维仿真系统软件所选择的矿用空气幕与理论推导的计算结果一致,此方法能够最大限度地反映矿山实际情况,具有直观、高效等特点。     

风速对LNG泄漏扩散过程影响的数值模拟

为研究环境风速对液化天然气(LNG)泄漏扩散过程的影响,采用Fluent建立LNG连续泄漏计算流体力学模型,开展不同风速下LNG泄漏扩散过程的数值模拟研究。结果表明,LNG泄漏扩散分为扩散初期、扩散中期、扩散后期3个阶段,扩散过程中LNG从低温重气逐渐转变成轻质气体。环境风速对气云的扩散主要体现在:低于5级风时,云团以两侧卷吸为主,气云表现为"叶状分叉"、中间低两端高,此时气云横风向扩散较快,甲烷扩散距离与冻伤距离随风速增大而增大;而高于5级风时,云团以顶部卷吸为主,气云表现为云团坍塌、中间高两端低,此时气云垂直风向扩散较快,甲烷扩散距离与冻伤距离随风速增大而减小。初步建立了LNG蒸气云爆炸风险范围与冻伤区域和泄漏时间、环境风速的函数关系,可为爆炸风险区域和低温冻伤区域的预测提供理论支撑。     

基于稳定风场的架空天然气管道泄漏数值模拟

针对架空管道天然气泄漏问题,考虑管道自身对泄漏扩散的影响,利用计算流体力学(CFD)软件建立天然气管道三维泄漏模型,为提高模拟可信性和合理性,先对计算流域风场进行稳态模拟,再对天然气泄漏扩散过程进行瞬态模拟,分析天然气泄漏扩散规律及风速对泄漏扩散的影响。结果表明:在稳态风场模拟中,管道附近风场受管道影响十分明显,管道上下侧面风速极高;在瞬态天然气泄漏扩散模拟中,天然气泄漏初期的扩散受风速影响明显,验证了先进行稳态风场模拟的必要性,泄漏扩散达到稳定状态后出现气云沉降、单侧分布、尾部分叉、风速影响扩散距离的特征;同等风速条件下,较小浓度边界扩散范围大,达到稳定所需时间短,同等浓度边界条件下,风速与扩散影响面积和浓度边界达到稳定所用时间成反比。     

基于稳定风场的埋地天然气管道泄漏数值模拟

针对目前城镇埋地管道天然气泄漏研究模拟工况简单、可信性较低等问题,考虑障碍物对环境风场的影响,利用计算流体力学（CFD）软件建立天然气管道三维泄漏模型,将模拟过程分为环境风场的稳态模拟和管道泄漏扩散的瞬态模拟两步,分析天然气泄漏扩散规律。结果表明:在风场稳态模拟中,建筑物附近风场受干扰明显,上游形成小范围的低速滞留区,下游形成较长的尾迹。在天然气泄漏扩散瞬态模拟中,土壤层天然气受风速影响较小,气体在近地面及贴近建筑物侧积聚,扩散范围随时间逐渐趋于稳定,泄漏扩散达到稳定后表现出土壤层积聚、气云沉降、贴近建筑物积聚、气云扩散局限性的特征。风速主要影响天然气的扩散高度,对水平方向的扩散范围影响较小,风速与天然气扩散高度成反比。     

煤层开采诱发地表裂缝成因数值模拟

为了通过分析地表裂缝的成因来研究采空区上覆火成岩非连续性破坏,根据现场数据和概率积分法确定了研究的岩土体范围,使用FLAC3D进行建模。布置6条监测线进行地表沉降监测,并与模拟得到的地表裂缝出现位置的变形数据进行对比,模拟得到了岩体塑性区的分布。结果表明,造成地表裂缝的主要原因是采空区上覆岩层中存在产状不均匀的火成岩,且位于松散层下方。采空区影响向上发展至火成岩底部造成火成岩边缘区域局部悬空。当采空区面积足够大时,火成岩上部拉应力超过其抗拉强度,进而发生断裂,松散层陷落导致地表裂缝。     

矿井巷道火灾烟流逆退数值模拟及临界风速研究

为了研究矿井发生火灾后高温烟流的蔓延规律及影响因素,利用COMSOL软件对火区进行数值模拟,建立巷道三维模型,得到火区风流速度与温度分布。通过改变边界条件,分析火风压作用下,火区烟气在不同控制风速、巷道条件作用下蔓延规律,得出不同因素与临界风速的关系,为选取合理的火灾控制风速提供理论依据。研究结果表明:火源温度一定时,巷道入口风速越低,火源下风侧高温烟流越靠近巷道顶部,随着风速增大,向巷道下部蔓延;风速较低时,在火区火风压的作用下,会产生烟流逆退现象,随着风速的增大,逆流层长度和厚度随之减小;巷道入口通风条件不变时,火区温度越高越容易产生烟流的逆退,影响范围越大;巷道高度越高、上行风坡度越小,越易发生逆退现象;不同影响因素与巷道平均温度不成正比关系,其中下行风坡度5~15°时巷道平均温度较高且易于发生烟流滚退现象,影响范围较大;火源温度、巷道条件与临界风速的数据拟合结果对预测巷道的临界风速有较好的参考价值。     

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.     

矿井通风三维仿真系统及其应用研究

介绍了矿井通风三维仿真系统的原理及特色,阐述了模拟矿井通风整体网络所需要的调研内容。结合某大型矿山矿井通风系统实例,针对其矿井总风量不足、大型机械化作业盘区环境恶劣、自然风压影响大、通风构筑物不完善等问题,拟定了三个技术方案,并通过矿井通风三维仿真系统进行模拟分析,展示了矿井通风系统三维仿真、方案优选、空气幕选型、自然风压等模拟原理和过程。最后,通过模拟确定的矿井通风系统最优技术方案实施后,其现场测定数据与模拟数据基本吻合,证明了系统的可靠性,改善了井下通风效果,保证了矿井安全高效的生产工作。     

无上部抽吸装置储罐区人工龙卷风风场模拟

为了减少因储罐泄漏位置不确定造成的人员伤亡,指导应急疏散,提出利用人工龙卷风定向控制气体流动方向的模型。首先基于Fluent软件建立了储罐区域人工龙卷风数值模型,分析切向速度和压强沿径向变化规律,发现与经典Rankine涡模型切向速度沿径向分布规律一致,证实可在储罐区以射流相切的方式形成人工龙卷风风场。其次研究了涡流比和进风量对风场控制气流特性的影响,即分析形成的龙卷风风场最大切向速度、压强差变化规律,结果表明,涡流比越大,形成的龙卷风风场中切向速度和压强差越小,即气流向中心汇聚能力越弱;进风量越大,形成的龙卷风风场中切向速度和压强差越大,即气流向中心汇聚能力越强。研究表明,用人工龙卷风控制储罐泄漏气流方向是可行的。