汽车后排座椅侧气囊仿真系统参数优化研究

为提升侧面碰撞中后排乘员胸腹部保护效果,在国内某款汽车原有侧面碰撞系统模型基础上,构建后排座椅侧气囊(RSAB)仿真试验模型,通过各项零部件试验与气囊模型对标后导入侧面碰撞系统试验模型;分析RSAB及气帘对后排被试的保护性能,针对胸腹部损伤防护优化侧面气囊相关参数,设计正交试验,运用极差分析法,得出最优参数组合,并对比...     

汽车安全气囊用药危险性实验研究

为了确定汽车安全气囊用药的危险性,根据其成分组成选取75℃热稳定性实验、时间/压力实验、克南实验、撞击敏感度实验、摩擦敏感度实验以及固体氧化性实验对汽车安全气囊用药进行测试并分析实验结果判断其危险性.实验结果表明:汽车安全气囊用药是热稳定的;时间/压力实验中发生猛烈爆燃,在商业包装正常条件下能够显示爆燃的能力;克南实验极限直径为3.0mm,在封闭条件下加热显示效应;撞击敏感度实验以及摩擦敏感度实验均未出现特殊现象,气囊用药可以以其实验的形式运输;气囊用药具有氧化性.结合相关标准及法规进行综合判断,可以确定汽车安全气囊用药的危险性并且划分危险类别,对保证汽车安全气囊用药的生产、运输、储存等过程的安全具有指导意义.     

Experimental and computational fluid dynamic (CFD) simulation of leak shapes and sizes for gas pipeline

In this paper, a parametric study has been carried out to predict the exit velocity of air through the leakage in the pipe with the help of CFD software ANSYS Fluent. The effect of air pressure in the pipe and the shape of leakage have been studied. Further experiments were also carried out to determine the exit velocity for the defined shape of leakage by varying the air pressure in the pipe. Experimentally, the velocity at a distance of 8 cm from the location of a leak in the horizontal plane was obtained with the help of differential pressure transducers. Using the experimental results, the computational results were validated. The results of the parametric simulation study showed that even for a pressure of 2 bars the velocity profile at the leak location indicates the supersonic state where the Mach number is greater than 1. The study is useful because it may be used as a foundation for risk assessment and safety management in the case of flammable gas leaks through gas pipes.     

架空天然气管道泄漏事故后果数值模拟研究

针对架空天然气管道泄漏引起的火灾爆炸问题,采用事件树分析泄漏扩散引起的事故后果,并在数值模拟中着重分析了模拟数学模型的选择。在三种不同泄漏孔径、两种不同风速、两种不同运行压力条件下分别应用ALHOA软件对事故后果进行数值模拟,结果表明:泄漏孔径、运行压力与危害影响范围成正比关系;在闪火和蒸气云爆炸中,风速与危害影响范围成反比关系,而风速对射流火灾的热辐射范围基本没有影响。     

地面输油管道泄漏流散数值模拟

针对库区地面输油管道发生泄漏后油品流散行为的不确定性,建立了地面油品泄漏流散的三维CFD仿真模型,模拟了不同管道运行压力和不同泄漏孔径下油品在地面上的流散过程,得到了油品扩展速度关于泄漏流量的关系式和流散面积关于管道压力、泄漏孔径、流散时间的偏微分方程组。结果表明:流散面积随管道压力增大呈线性函数增大;流散面积随泄漏孔径呈三次函数变化,先减小后增大;在泄漏的开始阶段,流散面积随泄漏时间的变化随管道压力呈线性增长,在扩展达到稳定时,扩展速度随泄漏流量呈指数函数增大。     

基于子集模拟的埋地管道失效概率评估

对失效概率的评估是管道系统风险评价的核心内容,针对目前对埋地管道失效概率问题研究的不足,采用子集模拟方法（SS）建立埋地管道失效概率的定量评估模型以及参数敏感度模型,并对随机变量进行敏感分析。研究结果表明:子集模拟能利用少量样本定量计算出管道失效概率,有效弥补了管道结构可靠性模型中的不足;在管道运行中期,工作压力、腐蚀速率、管道壁厚和屈服强度是对管道失效概率影响较大的4个因素,而腐蚀因素在管道运行后期成为对系统失效概率影响最大的因素。     

校车儿童安全气囊安全性仿真分析

为提高校车乘员约束系统在正面碰撞中对儿童乘员的保护效果,提出一种新型主动式校车儿童安全气囊。运用多刚体动力学分析软件MADYMO建立包括地板、前后排座椅、安全带与第5百分位女性假人在内的校车乘员正面碰撞仿真模型,通过台车试验结果验证模型的准确性。在此基础上,建立主动式安全气囊模型,研究其对12岁和6岁乘员的保护效果。用正交试验方法,分析气囊设计参数,针对12岁乘员进行气囊优化。结果表明:头部气囊的厚度及排气孔大小对乘员伤害影响最大。与原始约束系统相比,经优化后的气囊使12岁乘员的头部、胸部和颈部伤害分别下降84.5%,19%和84.3%,同时加装气囊对6岁儿童也有一定的保护效果。     

天然气管道非稳态泄漏扩散的数值模拟

针对长输天然气架空管道泄漏问题,综合考虑风速随海拔变化的边界条件、管道管形及泄漏方向等因素,建立非稳态泄漏模型,对不同管道泄漏压力和不同天然气浓度边界的天然气非稳态泄漏扩散进行了数值模拟。结果表明:在天然气向下泄漏的工况下,天然气气团主要在地面积聚,呈无规则的扩散;天然气管道泄漏压力与气体泄漏扩散速度成正比,与天然气浓度边界达到稳定所需时间成反比:不同泄漏压力下天然气扩散稳定后的扩散距离及泄漏影响面积大致相同;天然气浓度边界越小,达到稳定所需时间越长。     

地下综合管廊天然气管道泄漏扩散模拟研究

为了研究管道异常泄漏时天然气的扩散情况,采用Fluent软件模拟研究不同压力条件下气体在管舱内的浓度分布特性,核算保护半径为7.5 m时的报警探测器在灾变时的响应时间,以达到指导报警探测器设计的目的。结果表明:当泄漏压力为103.3 kPa,200.0 kPa时,对应的报警响应时间分别为2.15 s,0.45 s,报警响应时间随着泄漏压力的增大而减小,在常规中压输出压力下,响应时间最大值为2.15 s;同一泄漏压力下,管舱内气体扩散距离与泄漏持续时间成正相关;报警探测器的响应浓度以爆炸下限的20%为推荐值。     

Experimental studies of crevice corrosion for buried pipeline with disbonded coatings under cathodic protection

Numerous fire and explosion accidents have occurred because of pipeline ruptures through the corrosion area. Coatings under cathodic protection (CP) have been recognized to prevent/mitigate potential pipeline corrosion. In this work, a wedge-shaped crevice assembly was developed to study the effect of cathodic protection on corrosion of 20# steel pipeline with disbanded coatings. Polarization potential, current density, solution pH value, and dissolved oxygen concentration were measured by using the simulation of crevice area with disbonded coatings. Results have demonstrated that CP cannot reach the crevice bottom which reduces the effectiveness of corrosion protection. This effectiveness depends on the crevice geometry and could be improved with the increase of crevice length and decrease of its mouth size. A potential difference always exists between the mouth area and inside crevice. The oxygen concentrations drop significantly inside crevice whether CP is applied or not. The solution pH values inside crevice increase with the time. The solution pH values are higher when the applied CP potentials are more negative. According to the experiments, the effectiveness of cathodic protection could also be improved through enhancement of the local solution alkalinity. The research provides necessary information to prevent potential pipeline ruptures due to crevice corrosion and therefore mitigate potential losses for oil and gas transportation in the process industries.     

天然气管道泄漏爆炸实验分析

天然气管道失效造成泄漏爆炸给周围人员带来非常严重的危害,对其危害范围的研究对输气管道设计和运行具有重要的意义。常见的天然气管道泄漏爆炸伤害半径计算方法有蒸气云爆炸(VCE)定量评价模型、TNO多能法评价模型、API pub 581定量后果评价模型和炸药爆炸经验公式。为验证不同评价模型在受限空间的预测效果,利用天然气爆炸试验台进行了受限空间爆炸实验,得到最大压强与距离经验关系,计算出天然气浓度为7%、9%和11%情况下爆炸死亡半径。计算结果与不同经验模型预测结果比较,表明当天然气浓度为7%~11%时,蒸气云爆炸(VCE)定量评价模型和炸药爆炸经验模型与实验结果最为接近,误差分别为-113%和189%,TNO多能法评价模型和API pub 581定量后果评价模型预测结果偏小。结论对有限空间天然气管道爆炸研究具有实际意义。     

Comprehensive framework for underground pipeline management with reliability and cost factors using Monte Carlo simulation

A reliability model for underground pipeline management that can quantify the trade-off between risk reduction and increased maintenance costs in various underground piping management scenarios can be useful for many pipeline-maintenance decision-makers. In this paper, we propose a comprehensive framework for analyzing underground pipeline management options. Pipeline reliability is calculated using time-dependent and independent limit state functions with a probabilistic model and a deterministic model about the frequency of a failure occurrence event. The proposed framework includes the target reliability, consequences, and cost model, and has the advantage that it can be intuitively utilized for piping management decision-making. We conducted several case studies using a Monte Carlo simulation on pipelines in industrial complexes in Korea.     

Experimental study on leak detection and location for gas pipeline based on acoustic method

The leak of gas pipelines can be detected and located by the acoustic method. The technologies of recognizing and extracting wave characteristics are summarized in details in this paper, which is to distinguish leaking and disturbing signals from time and frequency domain. A high-pressure and long distance leak test loop is designed and established by similarity analysis with field transmission pipelines. The acoustic signals collected by sensors are de-noised by wavelet transform to eliminate the background noises, and time-frequency analysis is used to analyze the characteristics of frequency domain. The conclusion can be drawn that most acoustic signals are concentrated on the ranges of 0-100 Hz. The acoustic signal recognition and extraction methods are verified and compared with others and it proves that the disturbing signals can be efficiently removed by the analysis of time and frequency domain, while the new characteristics of the accumulative value difference, mean value difference and peak value difference of signals in adjacent intervals can detect the leak effectively and decrease the false alarm rate significantly. The formula for leak location is modified with consideration of the influences of temperature and pressure. The positioning accuracy can be significantly improved with relative error between 0.01% and 1.37%.     

基于Monte-Carlo方法的长输管道气体扩散模拟研究

目前气体扩散模拟研究多采用流体力学的计算方法,分析气体扩散过程中的动力学特性.有限体积、有限元等方法都需要对事故区域整体进行网格划分,计算过程效率无法满足长输管道事故应急跨区域、多气象以及复杂地形的要求.Monte-Carlo方法利用RAMS预测的平均风场,模拟有限气体粒子在风场中的随机行走特性,有效地弥补了计算效率与网格精度冲突所导致的模拟性能下降的缺点.通过HAVEGE方法收集计算的硬件信息熵形成随机源,修正了以往伪随机数问题,增强了Monte-Carlo方法的计算精度.结果表明Monte-Carlo气体扩散模拟研究方法满足了长输管道事故灾害应急决策的需要.     

埋地弯管不同位置泄漏的三维数值模拟

采用有限容积法,建立了埋地管道周围土壤多孔介质三维流固耦合数学模型。借助CFD软件,分别模拟了埋地弯管不同位置泄漏前后大地温度场的变化情况及泄漏油品在土壤中的运移分布规律。模拟计算结果得出:泄漏前,各种情况下大地的温度场基本相同;泄漏后,大地温度场变化明显不同,油品在土壤中的扩散分布迥异。建议采用分布式光纤温度传感技术对管道泄漏进行检测。     

海底埋地热油管道泄漏扩散的数值模拟

采用有限容积法建立海底饱和含水淤泥多孔介质的流固耦合传热模型。利用FLUENT软件数值模拟了海底埋地输油管道输送过程中海泥温度场变化及原油在海泥中的分布规律。分析了原油泄漏后在海水中的分布规律。对泄漏后海泥温度场的模拟表明:管道泄漏后,一定时间内管道周围海泥温度波动比较剧烈,由于受海底温度的影响,泄漏前锋原油温降较快,热影响区范围变化逐渐趋于平稳。且随泄漏位置的不同,海泥温度场变化及海泥原油分布差异较大。当原油从海底海泥介质中到达海水底层后,在海水浮力的作用下流向海面,流动过程受到海水流动速度海平面风速等因素的影响。为以温度传输为基础的海底埋地管道泄漏检测提供了一定的理论基础。     

隧道并行输气管道爆炸对邻管的冲击效应分析

针对隧道内输气管道泄漏发生爆炸对相邻管道的潜在威胁,基于泄漏率的求解,得到爆炸气体的扩散分布规律,确定蒸气云爆炸的TNT当量;利用LS-DYNA有限元软件建立隧道并行输气管道爆炸模型,分析在不同的泄漏尺寸、爆心距和风速下,邻管对爆炸冲击的动力学响应。基于峰值振速的经验公式的验证,表明所采用的管隧模型的可行性。结果表明:在内压和爆炸荷载的共同作用下,隧道内管道的等效应力和速度会出现多个峰值,有别于开敞空间的爆炸规律;泄漏尺寸越小、爆心距和风速越大,管道的动力响应越小;相比爆心距和风速,管道的动力响应峰值对泄漏尺寸的变化更敏感。研究成果可为管隧结构在极端情况下的事故预防和维护抢修提供理论指导。     

压缩空气泡沫在长距离管路输送中压降的数值模拟

基于Fluent对压缩空气泡沫在长距离管道中的流动特性进行了数值模拟研究,将压缩空气泡沫近似为弥散流,采用Saplart-Allmaras模型模拟了不同管径下压缩空气泡沫以及不同泡沫原液浓度的AFFF泡沫在长距离管道内的流动及压降变化。模拟结果表明,随着距离变化,各管径管道内压降均呈现线性变化,且随着压缩空气泡沫的流动,压降线性增大。管道管径对管内压降变化具有显著影响,管道直径越小,管道内压降越大;泡沫原液浓度对压降的影响较小,且压缩空气泡沫在长距离输送中的压力随距离线性衰减。将模拟结果与长距离输送的试验结果进行了对比,误差在10%以内。     

石化压力管道冲蚀失效数值模拟及影响因素分析

以镇海REAC出口压力管道系统碳钢弯管为例,结合冲蚀失效机理,建立冲蚀失效流固耦合数理模型。利用数值模拟技术分析腐蚀产物保护膜与多相流动之间的交互作用,揭示弯管内壁剪切应力分布及保护膜主位移、应力、应变的分布规律,研究石化压力管道系统冲蚀失效过程;结合现场测厚数据验证有限元分析软件流固耦合数值模拟方法的可靠性;并进一步对比分析了流体流动特性、管件结构特性等特性参数对冲蚀的影响。为石化压力管道输送系统的冲蚀失效分析、结构优化设计、RBI和定期检验测厚定位、寿命预测、风险评估等安全保障研究提供理论依据和分析手段。     

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。