隧道坡度对临界风速影响的数值研究

临界风速即隧道火灾过程中能有效控制烟气于火源下风方向而不发生逆流的最小纵向通风风速,是隧道火灾烟气控制的关键所在.根据国内外的研究结果,临界风速与火灾规模、隧道规模以及断面形状等因素有关.在坡度隧道中,由于坡度的作用,使得坡度隧道临界风速与水平隧道有着一定的差别.利用火灾动力学模拟软件(FDS)对隧道坡度在0°～10°变化时上坡隧道与下坡隧道所对应的隧道临界风速进行数值模拟分析,研究分析了隧道坡度对隧道临界风速的影响规律.     

不同风速下胶带巷火灾温度场及灾变风流数值模拟研究

本文以中煤集团王家岭煤矿胶带巷为模型,运用火灾动态模拟软件(FDS),研究其上行通风方式下,胶带巷火灾的温度场及灾变风流流动规律。结果表明:随着时间的延长,各测点温度先快速升高,随后保持平稳,且距离火源位置较近的温度测点升温时间较早。此外,各烟气测点位置烟气浓度在短时间内均急剧升高,且随后保持平稳。随着风速的增大,巷道中的CO浓度及烟气蔓延范围逐渐减小,当风速超过1.5 m/s时,烟气逆流现象被抑制,风速高于2.5 m/s时,巷道中未出现烟气逆转现象,研究结果可为井下人员的逃生避灾提供理论指导。     

钻爆法施工隧道炮烟运移规律数值模拟研究

为了提高钻爆法施工隧道炮烟排烟效率,改善隧道施工环境,以平顶山隧道某一段爆破施工过程为原型,基于质量守恒定律、Fick定律及Boussineg假设,运用计算流体力学软件FLUENT建立压入式通风条件下组分运输模型,分析风筒口至掌子面的距离及风筒入口风速对隧道内风流流场及炮烟浓度分布规律的影响。结果表明:风筒口至掌子面40 m,入口风速为20 m/s,通风时长为18.5 min时,隧道内风流分布稳定,且炮烟浓度均降至最高允许浓度值以下。将模拟结果与现场实测的炮烟浓度分布情况进行对比分析,数据基本吻合,验证了模拟的有效性。     

基于火灾动力学模拟的古建筑火灾探测器布置研究

为尽快发现和控制火灾,使古建筑的消防投资更经济有效,需进行试验研究。但古建筑不能进行现场试验,通过基于火灾动力学的场模拟软件FDS5.0,以山西圣母殿为例,建立物理模型,模拟火灾发生、发展过程,得出火灾烟气蔓延过程中浓度和温度随时间变化的不同分布。通过对模拟结果分析,对圣母殿中感烟和感温2种火灾探测器进行合理有效的布置,经过数据检验,在最短时间内报警系统有效报警。结果分析表明:不论着火点在建筑的什么位置,只要合理的设置和组合火灾探测设备,就能在第一时间发现火情。证明了软件模拟的方法对古建筑消防设施设置方式的可行性。     

基于化学反应动力学机理的中等尺寸甲烷湍流扩散火焰的数值模拟

通过代码修改,在大涡模拟(LES)中嵌入气相化学反应速率、组分热力学性质和输运特性三大机理文件,严格意义上实现甲烷燃烧的四步简化机理与火灾动力学模拟软件(FDS)的成功对接。燃烧模型采用针对多组分燃料的涡耗散概念(EDC)模型,模拟0.3m直径的甲烷湍流扩散火焰,并分别与基于无限快反应速率的总包单步和两步化学反应预测结果对比。分析预测结果可知:四步机理能够很好的适应FDS框架,其模拟结果具有可靠性,时均温度、速度和主要反应物的预测结果高度一致;机理导入后可以预测CO2、H2O以及中间产物CO和H2的浓度,更合理地描述了火灾中气相产物的产生与输运过程。不同反应机制下主产物CO2和H2O浓度对比结果理想,在高温反应区内存在一定的差异,在高温反应区外呈现出高度的一致性。     

机械通风条件下细水雾抑制酒精火的试验研究

通过全尺寸模拟试验研究了细水雾和机械通风共同作用下小室酒精池火的特性以及机械通风风量和风速等对细水雾抑制酒精池火的影响.试验中通过改变变频器频率来调节机械通风的风量和风速,获取不同机械通风条件下细水雾抑制酒精火的温度、热辐射强度、总热流强度以及O2和CO体积分数等特性参数,并分析讨论了机械通风对细水雾抑制酒精池火的影响.结果表明:随着机械通风量的增加,烟气平均升温速率和平均降温速率线性下降,细水雾施加后对火场对流传热的抑制作用更加明显;同时,机械通风使得火场O2体积分数更接近环境大气值,细水雾施加之后CO的生成量明显降低;机械通风不影响细水雾控火效果,并有助于和细水雾灭火系统共同保障火场安全.     

风速对高层建筑火灾时环境中烟气分布的影响

为了探究风速对高层建筑火灾时环境中温度、烟气浓度、CO浓度分布状态的影响,以央视北配楼火灾为模型背景,应用火灾动力学软件FDS,对火灾进行模拟与分析。通过讨论不同风速下火源温度中心、烟气浓度中心、CO浓度中心离着火面距离与高度之间的关系,得到风速一定时各中心的位置与高度之间的变化规律,以及该变化规律与风速之间的关系,风速小于3m/s时各中心位置随风速变化较明显;风速越大,温度、烟气浓度、CO浓度越高,当风速小于2m/s时各值增量随风速增加明显;与其他因素相比,温度对防火间距的影响最大。     

风速对露天矿采装工作面粉尘聚并效应的影响分析

风速对露天矿采装工作面的可吸入颗粒物的聚并效应有显著影响，为了探究不同风速下PM₁₀聚并效果，分析质量浓度变化机理，构建采装机械与外流域三维模型，利用Fluent软件针对新疆某露天采装面实际情况，模拟不同风速下外流场以及粉尘分布规律。结果表明：流经工作面的风流因采装设备的遮挡，在采装车厢内部与下风侧附近形成低速旋涡，使得此范围粉尘质量浓度较高；外界风速越大，高浓度粉尘区域越随风沿下风侧向后运移；随着扩散时间增加，外界风速越大，车厢附近的浓度降低得越多，沿程扩散距离越远，在采装车厢下风侧1～2 m是粉尘重点防护区域；外界风速越大，车厢附近涡流结构越复杂，PM₁₀的聚并效应增强，颗粒数量减小从而导致质量浓度大幅下降。     

基于FDS的公路隧道火灾通风环境研究

隧道发生火灾时,研究隧道内的烟气蔓延特性,选择合适的纵向风速,确定最佳的通风控烟方案,具有重要的研究价值。利用计算流体力学数值模拟技术,选用FDS软件以秦岭Ⅰ号隧道(上行线)为对象建立局部隧道模型,模拟最大热释放率为30 MW的火灾,设计4种不同工况进行模拟计算。模拟了不同纵向风状态下的隧道火灾,观测烟气扩散规律,确定临界风速为3. 6 m/s;在无纵向风、较小纵向风和临界风速状态下,分析了隧道内温度场和烟气场的变化规律,得出其对人员疏散和火灾救援的影响;在通风井通风排烟模式下,模拟了排风道在不同风速状态下的排烟效果,确定最佳排烟风速为4. 6 m/s;射流风机开启前,隧道内风速的大小和方向对隧道内火灾温度场和烟气场的影响很小。给出了适用于秦岭Ⅰ号隧道(上行线)各工况的通风控制策略,也可为同类型特长隧道的火灾通风设计提供参考。     

有限空间内氨气扩散过程分析

针对有限空间内的氨泄漏情况,采用FLUENT软件选择合适的模型对不同泄漏压力下有限空间内氨气扩散进行模拟分析。通过对模拟与现场试验分别得到的氨气质量浓度变化数据进行比较,两者趋势吻合,最大误差不超过15%,认为该有限元模型可以为工程提供参考。     

脉动通风在螺旋隧道施工期的应用研究

为提高施工期通风排除污染物效率,将脉动通风方法应用于螺旋隧道中,通过理论分析研究脉动通风在隧道施工期排除污染物的原理,采用FLUENT软件模拟不同脉动幅值、脉动频率下隧道内污染物浓度变化情况。研究结果表明:脉动通风可有效减少螺旋隧道内涡流区面积,优化隧道风流流场;脉动通风方式可使积聚在涡流区内的污染物产生纵向脉动速度,并加强风流横向脉动;脉动通风对爆破后排出CO气体效果不明显,但对降低喷浆过程粉尘浓度效果显著,数值模拟与理论研究结果吻合;排除污染物效果与脉动幅值无明显关系,与频率关系显著,且频率较小时效果更好。     

掘进巷道瓦斯分布数值实验研究

根据局部通风流场特点确定适合矿井局部通风掘进巷道工作面瓦斯与风流质量交换的数学模型,在近壁面使用标准壁面函数法解决近壁面的流动,在湍流充分发展区,使用RNG k-ε双方程湍流模型;讨论考虑巷道支护的情况下壁面粗糙度的影响,确定矿井掘进工作面局部通风模型网格划分的方法、掘进头瓦斯涌出的边界条件;利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对掘进工作面的风流与瓦斯的混合过程进行了模拟;得出不同瓦斯涌出量情况下掘进巷道工作面风流分布和瓦斯浓度的分布规律。研究表明:瓦斯涌出量和风速对流场分布有影响,随着瓦斯涌出量的增大和风速的降低,瓦斯对流场的影响越来越明显。     

城市综合管廊燃气舱室输气管道泄漏扩散规律研究

为了掌握输气管道在城市综合管廊舱室泄漏扩散的基本规律,采用FLUENT软件,针对管廊正常通风—泄漏报警—事故通风—警报解除的全过程进行动态分析。首先在正常通风速度建立的稳态风场中,模拟天然气在不同管输压力下发生小孔泄漏后的报警时间,根据首个响应的报警器的位置判断泄漏源位置。结果表明,当泄漏孔径为20 mm,通风速度为1.92 m/s,且泄漏源处于2个报警器中间时,管输压力为200,400,800 kPa时对应的报警时间分别为10.4,6.7,4.5 s。事故通风速度下,对不同管输压力的天然气扩散进行分析,当天然气朝逆风侧扩散时,随动量逐渐减小而到达不同的边界坐标。同时,环境大气压的降低不仅会缩短报警器的首次报警时间,还能延长总扩散距离。预测所得的天然气爆炸上下限浓度区移动速度有助于动态了解处于爆炸上下限浓度之间气体的实时位置。解除报警时间与进风口风速呈近似线性关系,可为现场救援队伍选择经济通风量提供理论指导。     

组合式通风打磨台风量对粉尘控制效果的影响

打磨作业过程中,利用组合式通风打磨台进行通风除尘已得到广泛应用,但大多根据经验设置通风参数。以数值模拟为研究手段,采用CFD-DPM风流-粉尘耦合数值模拟方法,研究粉尘最大浓度和呼吸带粉尘浓度与风量分配和总排风量的关系,对组合式通风打磨台进行通风除尘系统参数优化,为金属打磨粉尘治理提供依据。研究结果表明:当组合式通风打磨台总排风量为1 850 m3·h-1、台面与壁面的配风比K=1.67时,粉尘质量浓度较低,防尘效果最好。     

矿井井筒提升设备绕流的数值模拟

基于经典的流体力学理论,建立罐笼绕流的二维RNGκ-ε湍流模型,分析其初始边界条件,并结合工程实际应用FLUENT计算流体动力学软件模拟罐笼运行时井筒内流场及压力场,得出井筒内流场及压力场的变化规律。研究结果表明:在罐笼运行期间,由于空间受限而引发活塞效应,井筒内压力发生瞬态变化,造成通风系统的压力波动,导致气流运动的动态改变,对通风系统稳定性有一定的影响。     

高抽巷治理采空区瓦斯层位研究

为了进一步探究高抽巷抽采瓦斯效果,对高抽巷的最佳抽采层位进行分析。以常村矿为例,基于紧贴实际采空区碎胀系数分布的“O”型圈理论,依据采空区瓦斯的运移规律,运用FLUENT软件加载自定义UDF对采空区瓦斯分布进行数值模拟,从上隅角瓦斯浓度与抽采浓度2方面,对不同层位高抽巷的抽采效果进行分析,确定高抽巷的最佳层位,并用现场测试数据对数值模拟结果进行验证。研究结果表明:模拟计算结果与现场实测数据基本吻合,所提出的高抽巷最佳抽采层位的确定方法可有效应用于实际;合理的抽采层位不仅能够有效地降低上隅角瓦斯的浓度,而且能够提高抽采的效率。     

卧式滤筒除尘器的气流组织模拟研究

为了研究卧式滤筒除尘器内部气流的不均匀性问题,采用计算流体动力学软件Fluent对卧式滤筒除尘器内部气流组织进行数值模拟研究。参考目前市面上常见卧式除尘器,设计有、无挡板的2种卧式滤筒除尘器模型,通过分析2种模型下过滤过程的速度分布和滤筒流量分配情况得出:在无挡板模型下存在射流冲刷、气流分布不均等问题,而在进风口加设挡板能解决气流冲刷问题,滤筒流量分配得到明显改善;在相同滤室高度下分别对挡板角度为150°,160°,165°,170°,175°,180°对比发现,挡板角度在165°~170°时其内部气流组织能达到均匀标准。     

大型原油储罐泄漏隔堤池火灾后果研究

为了研究储罐大孔泄漏后可能产生的隔堤局部面状液池火灾,以10万立方大型原油储罐为例,采用计算流体力学软件FLUENT和火灾模拟软件FDS计算储罐在真实泄漏场景下的液池区域,模拟发生隔堤池火的分布特征及对临罐热辐射影响。研究结果表明:储罐原油泄漏后将在隔堤内形成相对稳定面积的液池,在储罐不同方位处泄漏形成的液池面积与储罐壁距雨水收集槽长度相关;储罐正下方的隔堤池火对储罐造成的热辐射极大;风对临罐受到的池火热辐射强度影响明显,指向罐组中心方向的来风对临罐热辐射强度影响较大。     

隧道受限火灾合理纵向通风风速范围研究*

为探究公路隧道不同受限程度火灾的适宜纵向通风风速,基于FDS模拟分析5种纵向通风速度下不同近壁距离火源顶棚下方烟气最高温度的分布特性、烟羽流倾角及烟气分层状况,提出合理纵向通风风速范围。研究结果表明:在隧道中心线上近火源下游,顶棚下方的最高温度沿纵向均呈指数衰减。不同贴壁距离和纵向通风风速下,均出现烟气分岔流动,随着贴壁距离减小羽流撞击处温升、火羽流偏移角显著增加。当风速小于1.6 m/s时,火源上游出现大量高温烟气回流;而当风速超过2.4 m/s时,分岔流动现象越明显,各偏移角变小,火源下游逐渐后移的烟气层严重失稳。因此,不同受限程度下火灾合理纵向风速为1.6~2.4 m/s。