新型风幕控尘除尘机除尘系统数值模拟

针对以往风幕存在不能全断面封闭掘进工作面的问题,设计了一种240°弧形风幕控尘除尘机除尘系统,利用流体力学计算软件Fluent对此系统的风幕宽度、除尘机压力、风幕与吸尘口距离和除尘效果进行了模拟.结果表明:当局扇提供的风量为280 m3/min,风幕宽度为50mm时,抗扩散能力较弱,风幕宽度为100 mm时,风幕风速分布较均匀,抗扩散能力较强,风幕宽度选取150 mm时,末速度达不到阻尘的作用;在风幕宽度为100 mm、风幕距除尘机吸尘口2.4 m的条件下,除尘机压力为-400 Pa和-500 Pa时,不利于粉尘的排出,除尘机压力为-250 Pa和-350 Pa时除尘效果较好;在风幕宽度为100nn、除尘机压力为-350 Pa的条件下,风幕距除尘机吸尘口距离小于2.0m时,不利于粉尘的排出,间距大于2.4m时除尘效果良好;当风幕宽度为100 mm、风幕与吸尘口间距2.4m时,除尘机压力-350 Pa比-250 Pa更有利于粉尘的排出.研究表明,240°弧形风幕控尘除尘机除尘系统在合理的工况参数下除尘效果更好.     

风幕和排烟共同作用对船舱区烟气控制的影响

通过FDS数值模拟建立全尺寸船舱模型,分析风幕不同设置位置和风速对隔热效果和挡烟效果的影响。结果表明：热释放速率(HRR)受风幕设置位置和风速影响,随风幕风速增大而减小,且风幕设置在舱室门口处时风速对HRR影响较大;在舱室和走廊舱门处设置风幕均能在一定风速条件下达到较好的隔热效果,且在走廊舱门处设置风幕隔热效果更好,隔热效果随风幕风速增加而加强;当风幕设置在舱室门口时风幕无法阻止烟气向走廊蔓延,当风幕设置在走廊舱门处且风速达到6 m/s时,挡烟效果较好。     

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。     

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.     

风幕封闭的综掘面硫化氢治理技术研究与应用

为解决综掘面掘进过程中硫化氢涌出影响矿井安全生产的问题,现场测试分析晋牛矿8116综掘面硫化氢的分布特征,提出利用风幕风机封闭综掘断面,防止硫化氢外溢的治理方案;依据势流叠加原理和流体力学理论,建立空间受限条件下风幕风机流场的数学模型;为验证该模型的正确性,在模拟巷道进行风幕射流速度衰减试验。结果表明:风幕风速随着射流距离的增加不断衰减,且呈现先急后缓的变化趋势,数学模型所计算出的理论风速与实测风速基本一致;径向射流风幕需要封闭的空间断面内,实测风速都在2. 7 m/s以上,能有效抑制硫化氢向外逸散。通过井下工程应用,该装置可使掘进机司机处的硫化氢体积分数由43. 5×10~(-6)降至3. 2×10~(-6),治理效果显著。     

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。     

综掘工作面风幕控尘除尘系统数值模拟及试验研究

针对综掘工作面掘进过程中粉尘污染问题,设计了一种新型高效的风幕控尘除尘系统,利用风幕风速衰减试验分析了风幕风速与距出口距离衰减的关系,当风幕末端风速达到2 m/s以上就能够有效控制呼吸性粉尘逃逸,另外,利用数值模拟的方法,对风幕控尘除尘系统工作原理进行了模拟,当风幕初速度为15 m/s、除尘风筒负压为-250 Pa时,风流到达巷道壁时的风速均达到了3m/s以上,风幕控尘除尘系统起到了很好的控尘和除尘作用.并对压入式通风+湿式除尘机除尘的方式进行了数值模拟,压入式通风的风流大部分被除尘风筒吸入,掘进头和压入式风筒与除尘风筒重叠段形成了无风区,大部分粉尘颗粒和瓦斯不能够及时排出,给生产带来了极大的安全隐患.     

风作用下街区内重气扩散模拟方法研究

为模拟在风作用下重气泄漏在街区内近地扩散,基于细胞自动机-气团模型对其进行了模拟。宏观层面上将气体视为多个气团的集合,利用细胞自动机构建了重气在风作用下的运动模型。气团特征可表示为模型Qi(珗V0i,xi,yi),影响半径D是基于高斯模型确定的,并用以区分浓度梯度扩散Sd和自由扩散Sf,确定了风在街区内的强度分布,并设定边界接触条件。假设了模拟的市内环境,使用该模型在风速u=0.75m/s状态下模拟氨气扩散,并研究了不同时刻风进入街区对扩散的影响。结果表明:该模型能模拟在给定的稳定风场下的重气连续扩散及其特征;能模拟风在不同时刻通过整个街区对扩散的变化影响及其特征,从而为设计逃生路线和灾害控制提供依据。     

通风对飞机货舱烟雾探测影响研究

为探讨通风对飞机货舱火灾探测造成的影响,采用火灾动态仿真(FDS)模拟不同通风工况下飞机货舱内烟雾扩散情况。建立DC-10货舱三维数值模型,仿真计算并验证通风时顶棚温度、气体浓度、光透率(LT);通过计算5种通风工况下顶棚烟雾流场及光透率,研究通风工况及探测器阈值对不同位置探测时间的影响。结果表明:相比于无通风工况,货舱通风显著影响舱内烟雾扩散;通风口下游较上游位置容易探测到烟雾;通风延迟烟雾探测时间,且通风量越大响应时间越长,通风量大于11. 33 m~3/min时探测不到烟雾;探测器阈值影响探测时间,适当提高探测器阈值及减小通风量能缩短探测时间。     

纵向风作用下竖井自然排烟对隧道内烟气逆流长度的影响

为了研究纵向风作用下隧道内竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响,采用数值模拟的方法,建立了不同竖井高度的全尺寸隧道模型。并选取无竖井排烟的工况作为对照组,模拟不同火源功率下,改变竖井与火源纵向距离时竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响和竖井排烟失效临界风速的变化。结果表明：当纵向风风速较小时,竖井对烟气逆流起抑制作用;随着风速增大,烟气逆流被控制在竖井近域范围内,竖井对烟气逆流的抑制作用减弱;当风速足够大时,烟气逆流将被完全限制在竖井下游,此时竖井排烟作用失效,且对纵向通风气流起到分流作用,烟气逆流长度反而变长。在此基础上,提出了竖井排烟失效临界风速的概念,竖井排烟失效临界风速随竖井高度增加而增大。     

空气幕对城际铁路地下车站火灾烟气控制数值分析

为将空气幕作为城际铁路地下车站控烟措施提供理论依据,进而为地下车站防灾控烟设计提供新思路,以某典型城际铁路地下车站岛式站台层为依托,采用火灾动力学三维模拟软件FDS建立全尺寸火灾模型,对比单吹式、吹吸式空气幕布置于站台与轨行区间时楼梯及站台处温度及可见度分布规律,并分别对单吹式、吹吸式空气幕的射流风速、射流角度进行了参数优化研究。结果表明:单吹式、吹吸式空气幕均可保证火灾下楼梯区域可见度和温度的安全性要求;单吹式在射流风速为12 m/s且射流角度为10°时,吹吸式在射流风速为8 m/s时,防烟效果良好且趋于稳定;采用单吹式的最小站台危险区域较吹吸式长15 m,建议在城际铁路地下车站中选用吹吸式空气幕。     

地铁站火灾时空气幕防烟的数值模拟与分析

随着国内地铁的迅速发展,地铁火灾的防范及应急处理成为重要的研究课题。笔者根据地铁站建筑结构特点及火灾烟气的扩散规律,首次提出将空气幕用于地铁站楼梯口防烟,以保障火灾时人员的安全疏散。并用CFD方法模拟分析一列地铁列车着火时,防烟空气幕对烟气扩散的控制。结果表明,在楼梯口设置防烟空气幕不仅可以保证人员在6分钟以上的安全疏散时间,而且减少了比传统方式所需的新鲜空气量,有效阻止火灾的进一步扩大和控制烟气扩散。     

大空间内封闭喷漆作业的火灾危险性及消防安全对策研究

以采用封闭喷漆工艺的某喷漆车间为研究对象,分别分析了车间内封闭喷漆室以及敞开空间的火灾危险性。采用多能法进行了喷漆室爆炸冲击波超压计算,发现封闭喷漆作业的火灾爆炸事故会对车间围护结构产生不同程度破坏作用。因此,对大空间内采用封闭喷漆作业的情况,加强消防安全措施十分必要。结合上述火灾危险性定性、定量分析结果和相关标准规范要求,从设置灭火系统、火灾自动报警系统、通风系统、明确安全管理规定等角度提出了相应的消防安全措施建议,为确保此类场所的消防安全提供了技术支持。     

出口角度对防烟空气幕防烟效果影响的数值模拟

利用火灾动力学模拟软件FDS,以四川消防研究所高层实验塔二层为原型,模拟在不同防烟空气幕出口角度情况下高层建筑前室烟气运动情况,获得在其他条件不变情况下,空气幕运行时的最佳出口角度。试验结果表明:空气幕角度为5°及20°时,模拟试验后期烟气基本突破了空气幕蔓延至前室内,而当出口角度为10°和15°时防烟效果较好,且15°时防烟效果优于10°,故推荐空气幕运行时的最佳出口角度为15°。     

综采工作面隔尘空气幕出口角度对隔尘效果的影响

综采工作面隔尘空气幕的出口角度是影响其隔尘效果的关键因素之一。利用Fluent计算流体力学软件,以河北金牛能源股份有限公司葛泉矿1528综采工作面为研究对象,对空气幕不同出口角度下综采工作面气流流场及空气幕两侧呼吸性粉尘浓度分布进行数值模拟,分析空气幕出口角度对其隔尘效果的影响。研究结果表明:适当调整空气幕出口角度,使气幕射流倾斜于产尘区,有利于提高空气幕的隔尘效果;并获得了阻止采煤机滚筒割煤时所产生的粉尘向司机工作区扩散的最佳空气幕出口角度,即出口角度在5°～10°范围,隔尘空气幕的工作效率较高,采煤机司机处的粉尘浓度最低,并通过现场试验对数值分析结果进行了验证。     

掘进面出风口风流与风幕调控下的粉尘分布响应曲面优化研究*

为了解决煤矿掘进面风筒出风口参数不能动态变化,而传统风幕全断面控尘效果不理想引起的粉尘浓度高等问题,通过分析风幕和出风口参数对粉尘分布规律的影响,以此得到合理的出风口风流与风幕综合调控方案,降低粉尘浓度。以陕西神木柠条塔煤矿N1212巷道为研究对象,利用Fluent软件建立出风口风流与风幕综合调控的粉尘场有限元模型,设计出风口风流及风幕综合调控响应曲面实验,得到最佳综合调控方案为:风幕射流出口宽度为0.16 m,风幕射流出口速度为6 m/s,出风口口径为0.9 m,出风口右偏角度为3°。搭建相似模拟实验平台来验证最佳综合调控方案,研究结果表明:调控后回风侧行人呼吸处和司机位置处粉尘平均浓度分别降低89%和81%,有效改善掘进面作业环境。     

基于空气幕与排烟系统的隧道火灾烟气控制研究*

为研究隧道火灾时空气幕与排烟系统复合模式下的烟气蔓延规律,优化选择防排烟方式,以某越江隧道为研究对象,运用FDS数值模拟方法探究射流速度、排烟量和空气幕与排烟口间距对防排烟效果的影响。结果表明:空气幕与排烟口间距对射流特性与烟气蔓延有较强影响,间距为30 m的控烟效果最佳;空气幕与机械排烟复合作用的控烟效果远优于每个独立系统,可实现可靠挡烟和有效排烟;当火源功率20 MW时,随空气幕射流速度的增加挡烟效果有所增加,但射流速度不宜过大,取20~30 m/s;机械排烟对温度与可见度影响比空气幕作用效果显著,一定程度上增加排烟量可降低所需气幕射流速度;综合考虑防排烟的有效性和经济性,取射流速度为20 m/s、排烟量为100 m3/s为最优防排烟组合方式。     

Consequence modeling of a real rupture of toluene storage tank

Chemicals used in paint industry are generally comprised of toxic and inflammable substances; they may cause serious problems for humans and environment if safety conditions are neglected. In 2012, rupture of a toluene tank in a paint factory in Iran claimed lives of two workers near the tank. The present study is formulated in order to model the incident. The results showed the area prone to flash fire occurrence and extension. Furthermore, radiation was measured in terms of distance to the tank. A bund wall is also assumed around the vessel in order to determine its influence on evaporation in flash fire area, radiation, and maximum concentration of vapor cloud. The results provided important hints on minimum and required distance of electrical equipment or electrical enclosure (PLC) installation from vessels as well as suitable distance between the vessels. Finally, preventive recommendations were proposed to reduce the risk of potential accidents.     

Numerical simulation of water curtain application for ammonia release dispersion

Using water curtain system to forced mitigate ammonia vapor cloud has been proven to be an effective measure. Currently, no engineering guidelines for designing an effective water curtain system are available, due to lack of understanding of complex interactions between ammonia vapor cloud and water droplets, especially the understanding of ammonia absorption into water droplets. This paper presents numerical calculations to reproduce the continuous ammonia release dispersion with and without the mitigating influence of a downwind water curtain using computational fluid dynamic (CFD) software ANSYS Fluent 14.0. The turbulence models k–ɛ and RNG were used to simulate the ammonia cloud dispersion without downwind water curtain. The simulated results were compared with literature using the statistical performance indicators. The RNG model represents better agreement with the experimental data and the k–ɛ model generates a slightly lesser result. The RNG model coupled with Lagrangian discrete phase model (DPM) was used to simulate the dilution effectiveness of the water curtain system. The ammonia absorption was taken into account by means of user-defined functions (UDF). The simulated effectiveness of water curtains has good agreements with the experimental results. The effectiveness of water mitigation system with and without the ammonia absorption was compared. The results display that the effectiveness mainly depends on the strong air entrainment enhanced by water droplets movement and the ammonia absorption also enhances the effectiveness of water curtain mitigation system. The study indicates that the CFD code can be satisfactorily applied in design criteria for an effective mitigation system.     

循环型空气幕送风角度对隔断巷道风流效果影响的分析

空气幕送风角度是影响其隔断能力的主要因素之一,依据动量定律建立循环型空气幕隔断巷道风流的理论模型,分析送风角度对隔断能力的影响。进一步利用FLUENT进行数值模拟计算,可视化不同送风角度下的巷道流场特性,模拟计算不同送风角度下的隔断压差及漏风量,并与相似实验数据进行对比分析。结果表明,模拟结果与相似实验数据基本一致。循环型空气幕隔断能力随送风角度的增大呈先增大后减小的趋势。送风角度为10°～15°时,隔断能力最大;当送风角度在10°～30°时,隔断能力受送风角度的影响较小;当送风角度大于30°时,随着送风角度的增大,隔断能力有较大幅度的减小,结合实际安装条件,循环型空气幕送风角度应为10°～30°。