废金属破碎机内可燃气体爆炸的数值模拟

利用计算流体动力学软件Fluent,对废金属破碎机内可燃气体的爆炸过程进行了数值模拟,研究了不同初始温度和压力条件下甲烷气体爆炸的温度、压力发展情况。结果表明:随着爆炸过程中初始温度的增加,爆炸温度略有上升,但增幅小于初始温度增幅,爆炸压力则出现明显下降;随着初始压力增加,爆炸温度变化不大,爆炸压力和压力上升速率则出现明显上升,且爆炸压力和初始压力近似成线性关系。     

基于CFD的化学危害气体扩散数值模拟

针对科学、准确、动态研判气体泄漏演变情景难的问题,通过重构化工企业厂区的三维模型,采用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）模型数值模拟方法,预演、分析气体扩散的路径、范围、浓度分布变化情况,并进行可视化。以福建省某化工厂为例,利用倾斜摄影影像数据建立化工厂区域内的建筑物三维模型,使用计算流体动力学开源软件OpenFOAM,对三维空间进行剖分生成计算域网格,采用三维Navier-Stokes方程作为控制方程,选用标准k-雷诺时均模型用于求解湍流效应,采用压力的隐式分割算法（Pressure Implicit with Splitting of Operations,PISO）计算流场,假设氯气在三维空间中某处发生泄漏,模拟了不同风速条件扩散浓度分布情况,实验结果表明：氯气的扩散轨迹受风场和建筑物布局影响较大,风速增大会加速氯气的扩散,有利于氯气污染物的稀释;建筑物会阻碍氯气的扩散,同时受湍流效应影响,氯气易在建筑物之间的街道聚集,浓度稀释较为缓慢。模拟结果可为制定应急预案和预案演练提供参考。     

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。     

综掘面旋流风幕抽吸控尘流场数值模拟

针对目前井下巷道内综掘工作面产尘量大,煤尘浓度高,降尘效率低的实际现状,探讨了配有附壁风筒的综掘工作面旋流风幕抽吸控尘的新型降尘方式,建立气体-粉尘颗粒两相流动的数学模型,利用Fluent对巷道流场进行数值模拟,并分析了风流扩散规律、粉尘分布规律以及影响粉尘分布规律的因素.模拟结果显示,综掘面旋流风幕抽吸控尘系统可在机掘工作面的有限空间内形成一个具有屏蔽作用的旋转风幕,将粉尘基本封闭在距掘进面0～3m的范围内.抽风口距离掘进面越近,高浓度粉尘存在范围和巷道中的粉尘浓度越小;增加抽风口个数可以提高除尘效率.     

有害物质泄漏扩散的数值模拟

有害物质泄漏是一种常见事故.利用高斯公式和三维有限元建立有害物质泄漏扩散数学模型,估测有害物质泄漏扩散的危害范围和泄漏物质扩散过程中浓度的大小,相应的数学模型可作为泄漏事故安全保障工作中预防为主的科学依据,从而为可能发生的事故进行预测预警.     

扇形水幕抑制丙烷气体扩散的数值模拟

由于丙烷气体具有易燃易爆的危险性,不宜采用试验研究.二氧化碳与丙烷在标准状况下密度相当,同属于重气,因此,在研究中拟用二氧化碳代替丙烷.首先利用Fluent对扇形水幕抑制二氧化碳的扩散进行了数值模拟,模拟所设定的参数均与试验相同,在与试验数据进行对比后验证了Fluent模拟重气扩散的有效性及可行性.然后利用Fluent对水幕抑制丙烷扩散进行了数值模拟,从模拟过程中得出,水幕产生的阻挡作用、机械湍流作用及造成的空气卷吸作用对丙烷的扩散起到很好的抑制效果.通过设置不同水幕压力和泄漏源与水幕之间的距离,对其影响扇形水幕抑制丙烷扩散的效果进行了数值模拟,结果表明扇形水幕压力越大抑制效果越好、水幕距泄漏源距离越近抑制效果越好.     

球形容器内可燃气体泄爆过程的数值模拟

利用流体力学软件Fluent对球形容器泄爆过程中流场进行数值模拟,分析泄爆导管长度和泄放压力对爆炸压力和爆炸强度的影响,以及泄爆过程中火焰阵面和速度场的变化。研究表明,泄爆过程增大了燃烧火焰的面积,燃烧火焰在泄爆过程中发生湍流,燃烧速度得到极大地加速,泄爆导管对于容器内的高压气体的泄放起到了约束作用,泄爆导管的长度是影响泄爆过程中容器内部压力变化的重要因素。     

重气扩散的数值模拟模型验证

重气泄漏扩散事故是经常发生且危害较大的一种事故形式 ,由于重气的密度大于空气 ,因此重气往往沿地面扩散 ,泄放物质进入人体将引起中毒事故 ,若泄放物质被点燃或引爆将引起大规模的燃烧爆炸事故。本文给出了描述重气扩散过程的数值模拟模型及计算方法 ,并采用本文提出的模型和算法 ,对ThorneyIslandTrial008实验进行了数值模拟 ,模拟结果与实验结果符合较好 ,说明本文提出的模型和算法是适用的。     

避灾硐室气刀型空气幕数值模拟研究

结合避灾硐室阻隔有害气体的需要,对气刀型空气幕进行模拟研究,从气刀的工作原理、风速分布、阻隔效果的角度出发,分别建立物理模型及划分网格,得到了气刀工作时其周围压力的分布变化规律,不同送风方式下气刀风速分布规律以及单侧送风条件下CO,浓度分布规律,证明了气刀具备增大了气流的输出,阻隔有害气体的作用。由风速统计规律得出,气刀在单侧送风15m／s或者双侧送风10m／s条件下,气刀的有效覆盖率大于85％,又根据数值模拟得出,在有效覆盖率大于85％的条件下,CO2阻隔效果明显,有害气体无法通过气刀形成的空气幕。     

甲苯池火灾热辐射数值模拟

文中用CFD技术对甲苯池火灾进行数值模拟,首先对甲苯火焰进行数值计算,得到在稳定的横向风条件下,甲苯燃烧的峰温、产物组分、瞬时速度等火焰特征参数以及其空间分布情况：火焰温度的最高点在对称面y=0上,最高温度为1778K,火焰倾斜角度为26°（与竖直方向夹角）,火焰高为22.5m。然后应用CFD软件F luent对池火灾进行热辐射模拟,模拟结果表明：对于锰钢材料、内径为20m甲苯储罐,稳态有风池火灾情况下,相邻两储罐之间安全距离在上风向为59m,下风向为72m。由于描述燃烧过程和湍流情况的数学物理模型还不太完善、对大气状况的简化等原因,结果偏保守,文中对此进行了分析讨论。此项研究为CFD技术研究碳氢化合物火灾的一个尝试。     

狭长通道内风幕挡烟效果的数值分析

研究利用风幕阻挡通道内烟气蔓延的可能性及其效果,结合一小型狭长通道,采用数值模拟计算方法进行了初步分析.重点考察了风幕前倾角、风幕出口风速和回风口位置三个主要因素对风幕在狭长通道内挡烟效果的影响.结果表明,适当增大风幕前倾角、逐渐提高出口风速、适当前移回风口位置均有助于加强风幕在狭长通道内的挡烟效果.而当火源功率较大而风幕出口风速过小时,将不能很好地阻挡烟气的蔓延.数值分析结果表明,综合考虑上述三种因素,就可以使用风幕有效地阻挡烟气在狭长通道内的蔓延.     

旋幕式排风罩收集电焊烟尘的数值模拟

为解决电焊烟尘气流无组织排放对焊工健康和环境造成的严重影响,得出旋幕式排风罩的最佳设计参数及气流组织形式,选择GAMBIT软件建立排风罩的物理模型并进行网格划分,选用雷诺平均N-S方程(RANS)、Realizableκ-ε湍流模型及DPM离散相模型,利用Fluent计算流体力学软件对旋幕式排风罩捕集效率的相关参数进行模拟计算。结果表明:旋幕式排风罩能有效控制电焊烟尘气流的扩散;喷口角度对涡流产生的大小、位置和强度影响最大;最佳设计参数为有效吸程1. 5 m,喷口角度80°,喷口宽度14 mm;在该设计参数条件下,当罩面吸口风速为0. 3 m/s、喷口风速为1. 1m/s时,捕集效率达到最高,为98. 28%。     

浮顶油罐密封圈油气分布数值模拟

浮顶油罐一二次密封空间内的油气在雷击作用下可导致起火事故。为研究浮顶油罐一二次密封空间内的油气浓度影响因素,利用CFD方法进行了数值模拟,并建立了浮顶油罐实验模型,检测一二次密封空间内不同位置处的油气体积分数,两者表征的油气浓度情况较吻合;借助该模拟方法进一步分析温度、风速和二次密封泄漏面积对浮顶油罐一二次密封空间内的油气浓度的影响,研究结果表明:①二次密封泄漏面积增加,密封空间内的油气浓度降低。②温度上升,一二次密封空间的油气浓度升高;当风速较高时,温度对油气浓度变化趋势的影响也更大。③风速增加时,空间内的油气分布差异变大,油气浓度最大值变大。     

室内氢气泄漏扩散的数值模拟

氢能是有发展前景的新型能源之一,氢气的安全储存是氢能应用必须解决的问题。本文建立了基于大容量金属储氢装置的室内氢气泄漏扩散模型,利用计算流体力学软件FLUENT,对室内储氢罐的泄漏扩散过程进行数值模拟,得到了氢气泄漏扩散的速度分布、浓度分布。分析数值模拟结果,得出在该模拟条件下,氢气泄漏时的流动状态为射流湍流;泄漏后上浮扩散,空间密闭时积累于室顶;通风条件下大部分区域的氢气浓度仍然高于安全限值。通过数值模拟,总结出氢气在室内环境下的泄漏扩散规律,可为氢气泄漏事故的处理消防安全设置提供依据。     

埋地管道泄漏天然气在分层填筑土壤扩散数值模拟研究

城市埋地天然气管道发生泄漏不易被发现,并易产生爆炸、火灾、中毒等次生事故,针对低压埋地天然气管道施工分层填筑与不分层填筑的两种情况建立模型,依据多孔介质模型修正后的基本控制方程,采用FLUENT组分运输模型、RNG k-ε湍流模型,对管道沟渠分层填筑与不分层填筑气体泄漏扩散情况进行数值模拟。根据仿真土壤含气摩尔量划分三个浓度区域进行分析,分层填筑土壤分界处砂土含气量达到低浓度的时间较快约为60 s,12 min可以达到高浓度区域。两种材质交界面处,高浓度气体扩散存在延迟,中浓度和低浓度气体扩散在交界面处扩散曲线有明显拐点,进入到上层土壤材料后扩散速率加快,不分层填筑模型扩散速率没有明显改变。     

高压管道天然气泄漏扩散过程的数值模拟

采用CFD模型的方法对高压管道内的天然气泄漏和扩散过程进行了数值模拟。其结果表明,从高压管道泄出的天然气在大气中主要表现为高速射流的泄漏过程和随后的扩散过程。在泄漏过程中,天然气在泄漏口附近为欠膨胀射流,整个泄漏过程具有一定的高度;在扩散过程中,天然气在浮力作用下以向上扩散的形式发展。研究了不同环境风速对扩散过程的影响,较大的风速可以使天然气向下风方向更远的距离扩散,从而增大了天然气爆炸危险浓度的范围。研究结果可     

水蒸气对层流甲烷/空气扩散火焰中烟黑生成的影响

空气中水的存在会严重影响烷烃类扩散火焰中烟黑的生成,研究氧化剂流中水对烷烃类火焰的影响,对污染物控制及火灾扑救具有重要意义。模拟采用24步简化机理的有限速率化学反应模型、Moss-Brookes烟黑模型及Discrete Ordinates(DO)辐射模型,研究在空气中加入水对甲烷/空气层流伴流扩散火焰的影响,其中烟黑模型包括烟黑的成核、表面增长和氧化。结果表明,伴流空气中的水蒸气会降低火焰的温度、抑制烟黑的生成。这是因为:一方面,水蒸气降低了甲烷燃烧的温度,火焰温度的降低导致化学反应速率减慢,烟黑成核和表面生长速率随之降低,火焰中烟黑质量分数便减少;另一方面,由于水蒸气的加入使化学反应OH+H_2 H+H_2O(R(15))逆向反应加速,继而导致OH生成量增加。但由于氧气浓度降低使火焰体积增大,OH的浓度降低。从而导致烟黑的氧化速率降低,烟黑生成量增加。由于水蒸气的化学效应小于其温度效应,总体上烟黑质量分数降低。最后对比了模拟结果和试验结果。     

隧道内氨气泄漏扩散分布特征数值模拟

为分析运输过程中液氨罐车在隧道内泄漏的危险性,利用Fire Dynamics Simulator(FDS)软件模拟氨气在隧道内的扩散过程,发展了隧道内氨气泄漏扩散体积分数分布特征经验公式。采用大涡模拟处理湍流流动,以便兼顾计算精度和计算效率。考虑储罐车发生泄漏后停止不动,液氨在泄漏瞬间转变为气体,模拟在连续点源泄漏情况下的氨气射流及扩散过程。结果表明,高体积分数危险区域主要集中在隧道顶棚附近,更高截面的体积分数处于爆炸极限的区域更长。泄漏源与洞口之间的隧道中段区域的体积分数梯度相对两端较小,此中段区域也是人员安全高度截面最高氨气体积分数发生位置。最大泄漏量情况下氨气在沿纵向扩散过程中平均运动速率保持在0.63~1.06 m/s,扩散速率随纵向距离增加而降低。顶棚氨气体积分数升高程度随纵向距离增加呈幂函数降低,体积分数沿纵向衰减规律适用于其他泄漏量的情况。后期工作可考虑开展缩尺试验,并同时考虑通风条件等因素对氨气泄漏扩散的影响研究。发展的氨气在隧道内泄漏扩散的体积分数分布经验公式可为氨气事故后果评价、应急处置等工作提供参考。