压入式局部通风工作面风流分布数值模拟研究

笔者应用三维k -ε紊流模型描述压入式局部通风工作面风流的流动过程 ,并采用控制容积法导出了描述流体流动方程的离散化方程式 ;用计算流体力学的方法求得了三维k -ε紊流模型的数值解。采用SIMPLE(压力耦合方程式的半阴解法 )算法解算流场 ;TDMA(三对角线算法 )和Gauss Seidel法结合通过线顺法求解离散方程。利用弱松弛法防止非线性方程组迭代求解过程中的发散现象 ,获得了掘进工作面空间的速度分布 ;并将模拟解算结果与在具有实际尺寸的拱形巷道模型中测得的实验结果进行了对比。数值计算结果与模型实验测定结果非常一致 ,验证了笔者的数学模型和数值模拟方法的正确性。     

水幕导流体液膜封闭特性数值模拟

为解决水幕液膜所存在的不封闭现象问题,使用FLOW-3D软件,采用RNGκ-ε湍流模型、VOF方法和单相流体模拟水幕导流体液膜流动,应用GMRES方法求解离散方程。通过模拟计算分析"导流体"使液膜达到连续封闭要求的可行性,并分析单宽流量、水箱宽度及导流体间距对液膜流速和厚度的影响。结果表明,通过引入"导流体"可以使液膜达到连续封闭的要求,并根据Nusselt关联式得出了符合自身情况的关联式。     

辐射模型在烟气运动数值模拟中的应用

本文用数值求解流体力学基本方程组的方法（场模拟）建立了烟气运动的三维数理模型，比较详细地研究了三维离散传播辐射模型在烟气运动传热过程中的应用，揭示了烟气运动的一些典型规律，所得模拟结果基本合理。     

矿井下着火点位置数值模拟研究

矿井煤炭自燃是煤矿五大自然灾害之一,而煤炭自燃隐蔽着火点位置的确定是解决煤炭自燃问题的关键。本文结合实际情况将火源位置的确定问题归结为热传导方程的寻源反问题。在理想状态下,把煤矿井下热传导的三维模型简化为二维模型,建立热传导方程及初始条件和边界条件,在matlab中编制了有限差分程序对井下着火点的温度场进行了正反演模拟。数值模拟结果表明:该方法能够较准确地反演出火源的特性,并随着离散化程度的提高,离散解逐渐逼近真实解。通过本文的数值模拟我们得知有限差分法求解热传导寻源反演的方法是解决矿井隐蔽火源发火点位置的有效途径之一,对矿井防、灭火研究具有较高的理论和实际应用价值。     

输油管道中汽油蒸汽爆炸的规律研究

综合考虑湍流及化学反应动力学机理对燃烧的影响,建立了详细流动耦合简化的详细化学反应机理的湍流燃烧模型,以有限体积法求解爆炸流动及反应控制方程,对二维压力管道中汽油蒸汽爆炸的过程及规律进行了数值模拟,模拟结果与实验数据有较好的吻合性;分析了各种组分的变化过程及对爆炸的控制作用.为汽油蒸汽爆炸特性及规律的进一步研究、工业防...     

尾矿坝溃决砂流数值模拟研究及应用

为研究尾矿坝溃决砂流流动状况,基于二维溃坝水流数值模型及高含沙水流运动研究成果,建立尾矿坝溃决砂流数值模型。采用有限体积法对平面二维砂流运动方程及高浓度非平衡全沙输移方程进行离散求解,并运用中心迎风格式计算网格界面通量,且通过对界面两侧变量线性重构,使模型具有空间上的二阶精度。为保证模型的稳定性,用中心差分方法和半隐式方法,分别离散求解摩擦阻力项与底床坡度项。应用二维溃坝水流数值模型和尾矿坝溃决砂流数值模型,分别模拟某省尾矿坝溃决洪水、砂流运动状况。分析结果表明,尾矿坝溃决砂流与普通水坝溃决过程显著不同,受含沙量变化以及水流与泥沙相互作用和河床变形的影响,溃决砂流计算所得溃决不同时刻的流速、泥深与溃决洪水计算所得流速和水深有明显区别。     

烟气输运和水喷淋相互作用的大涡模拟研究

本文应用大涡模拟方法，并结合Smagorinsky亚格子尺度模型，数值研究了烟气输运和水喷淋的相互作用问题。为了有效地模拟烟气输运过程，文中采用低马赫数近似下的三维可压缩Navier-Stokes方程和组分方程进行求解，并采用有限差分法数值计算了滤波后的控制方程。对于燃烧过程扣所产生的热释放，采用Lagrangian粒子携带热量的近似方法来模拟，这些运动粒子进一步用来标识烟气的输运过程，同时还近似模拟了水喷淋和热气流的相互作用过程。文中数值计算了燃烧火源所形成的热气流和烟气输运过程，以及与水喷淋的相互作用，并探讨了喷水装置的喷水量、喷射角和水颗粒直径对流动特性的影响。     

丁坝对河流污染物迁移扩散的影响模拟研究

以深度平均的水流和污染物迁移扩散的通用微分方程为控制方程建立数学模型。设置上游丁坝,模拟分析丁坝长度占河宽的不同比例(10%、20%、40%)以及污水口在坝前2m的位置条件下,丁坝对水流流场及污染物迁移扩散的影响。结果表明:当丁坝长度达到河宽的40%的时候,污染带的宽度最大,而出口端面污染物浓度较低。通过设置合理的丁坝长度比例,可以在一定程度上降低沿程污染物的浓度。     

重气泄漏扩散试验研究综述

介绍重气泄漏扩散试验(包括全规模大型现场试验和实验室模拟试验)的研究进展.全规模大型现场试验的试验场景与真实场景一致,通过现场试验得到的数据可靠且可以观察到一些独特的试验现象.实验室模拟分为水槽模拟和风洞模拟,其中水槽模拟的可视化效果好,直观性很强.当水槽模拟采用盐水时,盐水流动速度小于重气,易获得其涡旋结构照片,而且试验在液体内部进行,无毒性或腐蚀性,比较安全.风洞试验和水槽模拟都不需要花费大量财力、物力且结果可靠,为数值模拟提供了数据.本文通过分析重气试验的研究现状,指出了风洞试验的研究方向.     

基于图像分析的射流扩散试验装置研制及应用

测量污染物浓度场是环境工程的研究热点之一,基于此自主设计开发了基于图像分析的射流浓度场扩散试验装置,该装置共包括3个部分:试验水槽装置、射流装置、图像采集与分析系统。通过搭建试验水槽装置,以罗丹明B作为射流示踪物质,利用图像处理技术显示和分析射流浓度场,模拟研究污染物在水体中扩散特征。分别设计了对静态和横向流动环境中的射流浓度场扩散试验,结果表明,自主设计的试验装置可以定量显示和分析恒定流动条件下射流浓度场及其射流轨迹,同时验证了本装置用于浓度场扩散研究的可行性。     

流体中污染物对轴对称物体的扩散模型及其简化研究

在建立静止流体和运动流体中污染物对每种常见的具有轴对称物体吸收表面的扩散模型的简化计算公式时,首先给出了相应问题的扩散模型级数解.简化扩散模型的理论依据是浓度服从误差函数分布和叠加原理.把静止介质中污染物对方形容器、球体和柱体的扩散以及流动介质中污染物对矩形管、圆形管等常见轴对称体壁面的扩散的浓度分布均简化为简单的计算公式.     

危险化学品大气污染事故模拟

近年来国内突发性危险化学品大气污染事故频繁发生,为及时做出风险评估及救援决策,需要在事故初发阶段快速模拟确定其危害程度和范围。以东部沿海地区某一假想化工厂突发性泄漏事故为例,对其可能的危害范围进行模拟,采用WRF-CALMET模式模拟事故区域的高分辨率气象场,耦合随机模式模拟污染物的扩散过程。结果表明,WRF能精确地模拟1 km分辨率的近地面气象场的演变趋势。将该结果用于CALMET模式获得了高分辨率风场数据,再输入随机模式中进行扩散模拟,结果显示该模式能合理地模拟出污染物的危害范围及地面最高浓度。     

街区建筑物对城市交通隧道废气排放的影响

采用大气边界层模式和随机游动扩散模式相连接的模拟方法,对上海市拟建的交通隧道排气口附近街道建筑物区域的气流分布和废气排放物浓度场进行了数值模拟分析,设计了6种方案,并按不同的废气排放形式,分别分析了街区的地面污染物质量浓度分布.结果表明,在建筑物存在的情况下,排风口造成的地面污染物质量浓度的最高值会很大,可达0.44 mg/m3,若换成排风塔,则为0.13 mg/m3; 没有建筑物的情况下,由排风口和排风塔造成的地面污染物最高质量浓度分别为0.11 mg/m3,0.4 mg/m3.当风速增大,质量浓度会降低,最大值分别从0.44 mg/m3降为0.2 mg/m3,和从0.13 mg/m3降为0.1mg/m3.分析表明,建筑物附近的气流特征对污染物扩散会起引导作用: 垂直方向上,导致污染物从高空被带入地面; 水平方向上,使得污染物在下风向堆积; 当风速增大时,地面污染物质量浓度值降低.同时研究表明,对排风塔污染物散布起主要作用的是水平方向的气流结构,而对排风口的污染物散布起主要作用的则是其附近建筑物的背风侧的气流下洗效应和水平流场,因此建筑物背风侧有可能成为重污染区.     

均匀流送风对喷烤漆房污染物扩散研究

喷烤漆房内的污染物传播及火灾控制是喷烤漆房设计和使用时的重中之重,设计有效、合理的通风系统可很好地规避这一问题。以某喷烤漆房为原型建立了物理模型,应用数值模拟方法构建了喷漆过程中污染物扩散过程,并研究了产生均匀流的通风系统设计以及不同均匀流速对污染物扩散的影响规律。研究表明,采用纤维布形式可简单高效地构建静压箱结构形成均匀流。文中还建立了纤维布、过滤棉多孔介质模型,结果表明当均匀流速度为0.91 m/s时,喷漆人员面部附近的甲苯浓度降至喷射浓度的0.02%,远低于危害值。     

冬季烟塔合一烟气排放特性及其改善措施研究

针对烟塔合一冷却塔(Natural Draft Dry Cooling Tower,NDDCT)在冬季关闭冷却塔百叶窗时存在烟气排放困难的现象,以及导致冷却塔内污染物浓度大幅升高、进而增加冷却塔内壁腐蚀风险的问题,提出了增加烟囱高度的改善措施,并开展了风洞试验。基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法建立了烟塔合一数值模型以获得冷却塔内部流场和污染物浓度场的分布特性,模拟对比了春季工况和冬季工况条件下烟塔合一冷却塔内部及出口位置的流场和烟气扩散特性。结果表明,由于百叶窗关闭导致冷却塔的通气量和换热量大幅度下降,冷却塔内部的流场变得杂乱无章,污染物质量分数大大增加。与春季相比,冬季冷却塔内壁污染物最大质量分数增加了1.5倍。随烟囱高度增加,烟气可以凭借其初始动能抵御冷却塔内的湍流冲出塔外,冷却塔内部的烟气扩散情况逐渐改善。定性风洞试验结果较好地验证了数值模拟结果,验证了该方法的可行性。虽然增加烟囱高度会增加施工初期的投资,但该方案能有效降低冷却塔的腐蚀风险,不但节省了后期防腐的投资,而且降低了安全风险。从长远来看,该措施利大于弊。     

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。     

基于无线传感器网络的气体泄漏源快速定位方法研究

为及时发现大气环境中危险化学品泄漏事故,快速准确判断泄漏源位置,实现有效的监测监控,开发出集气体质量浓度信息采集、时间校准、无线收发等功能于一体的集成探测模块。在此基础上,建立基于无线传感器网络(WSN)的气体泄漏实时监测平台,提出实时监测数据和高斯扩散模型相结合的气体泄漏源快速定位方法。通过开展实际场地泄漏试验,实现气体泄漏源的快速定位,并分析试验系统的敏感度。结果表明:气体泄漏扩散受风力影响很大;合理布局探测器,能有效提高泄漏源定位精度,为危险气体泄漏事故的应急决策提供决策参考。     

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。     

危化品道路运输事故应急救援中心选址模型研究

为快速提高危化品道路运输事故应急救援能力,降低事故后果,文章基于目前应急救援中心选址模型的不足,提出了一种新的双目标决策救援中心选址模型。通过综合考虑应急响应时间及应急处理能力对救援能力的影响,建立了救援中心点的最大网络覆盖模型;并采用较优的邻域搜索算法求解救援中心点的合理位置。最后以某地危化品运输路网为例,利用所建模型对事故应急救援中心的合理布局计算求解。结果表明:考虑应急响应时间及应急处理能力限制的应急救援中心选址模型,能够有效提高救援中心的综合应急能力,为有关部门合理规划危化品道路运输事故应急救援中心布局提供理论参考和决策依据。