敞开空间水幕抑制阻挡非水溶性有害重气扩散的试验研究

通过室外水幕抑制阻挡CO2扩散试验分析了CO2泄漏时的体积分数分布,探讨了水幕压力、水幕到泄漏源距离、泄漏源高度对水幕抑制阻挡重气云扩散能力的影响,得到了不同初始条件下的水幕稀释效率.结果表明:水幕压力越大,抑制效果越好;泄漏源到水幕的距离较近时,CO2容易穿透水幕;泄漏高度低于水幕高度时,泄漏高度越高,水幕抑制效果越差.在此基础上得出了扇形水幕抑制阻挡重气云扩散机理,即向上喷射的扇形水幕是通过垂直向上的机械趋散作用、空气卷吸等将重气向上驱散,从而达到抑制阻挡非水溶性重气的目的.     

基于数值模拟的扇形水幕阻挡稀释氯气扩散的影响因素研究

在重气储罐区内设置喷射水幕是安全隔离、控制重气泄漏后扩散和减缓事故后果严重程度的重要措施之一。为此,利用计算流体力学(CFD)模型建立了氯气泄漏扩散模型,对扇形水幕阻挡稀释氯气扩散过程进行了动态模拟及影响因素分析,分别模拟了外界风速、水幕的喷射角度、水幕距泄漏源距离、水幕流量和水幕液滴直径等参数对氯气泄漏后扩散的影响情况。结果表明,合理地设置水幕能够有效阻挡氯气的扩散、缩短危险距离和减少危害面积。在大气稳定的情况下,外界风速、水幕的喷射角度、水幕距泄漏源距离、水幕流量等参数、水幕液滴直径是影响扇形水幕阻挡氯气扩散的重要因素。其中水幕距泄漏源距离和水幕流量2个因素对阻挡稀释效果的影响比较明显,水幕距泄漏源的距离越小,水幕的动量越大,阻挡稀释效果越好,水幕流量适中时效果最好,流量过大或过小阻挡稀释效果都要差一些。因此,合理设置相关参数有利于提高水幕性能,更加有效地降低氯气泄漏事故的后果。     

水幕稀释非水溶性重气影响因素的无量纲试验

以CO_2为对象,通过敞开空间水幕稀释阻挡CO_2扩散试验,分析了CO_2泄漏时的体积分数分布,对水幕稀释阻挡非水溶性重气扩散的影响因素进行了无量纲分析,主要针对泄漏源高度、泄漏源距水幕距离、水幕流量及泄漏流量进行研究,通过研究各影响因素推出了无量纲准数及水幕的稀释效率。定义了两个无量纲量:无量纲流量K=Q/q和无量纲距离Ω=H/L。结果表明:K不变时,随泄漏流量增大,水幕后CO_2的体积分数变大。泄漏流量相同时,测试点处CO_2体积分数随K增大而减小。泄漏流量每增加1 m3/h,为保持水幕后CO_2的体积分数不变,K需要增加0.25。当越接近0.6时,水幕后CO_2的体积分数越小,稀释效果越好。最后,基于无量纲分析结果,针对非水溶性重气泄漏扩散现场,提出了水幕设置建议。     

含无机盐添加剂水幕对氨气泄漏洗消试验研究

提出了将添加剂的洗消作用融入消防水幕的设想,以无机盐和表面活性剂作为对氨气洗消的增效添加剂,从含添加剂水幕对氨气的洗消效果、洗消后的产物、洗消剂溶液的腐蚀性等多方面出发,研究了多种添加剂的性能。针对受限空间内氨气泄漏,模拟真实泄漏场景。针对受限空间内氨气泄漏,对含FeCl_3、AlCl_3、MgCl_2及表面活性剂的消防水幕和纯水幕洗消氨气的效果及机理开展了对比试验。结果表明:无机盐添加剂的加入可以促进水幕对氨气的化学洗消作用,有效改善水幕对氨气的洗消效果,在纯水幕物理吸收、空气卷吸和物理阻挡的基础上增加了化学吸收洗消作用;在相同浓度条件下,无机盐洗消效率从大到小依次为FeCl_3、AlCl_3、MgCl_2,高价位的无机盐比低价位的洗消效率要好。表面活性剂的加入可以改善添加剂溶液的表面性能,降低添加剂溶液的表面张力,增大添加剂水幕与氨气的接触面积,进一步促进含无机盐添加剂水幕对氨气的物理和化学洗消效果。对无机盐添加剂的腐蚀性进行了测试,结果表明,FeCl_3、AlCl_3、MgCl_2均为弱酸性,在使用过程中对系统及周围设施的腐蚀性很小。采用X射线衍射仪对含无机盐添加剂的水幕洗消氨气产生的洗消产物的种类和性质进行了分析,结果表明,洗消产物主要是氯化铵和氢氧化物,不会对环境造成二次污染。     

可喷射水幕的水马装置设计及参数分析

设计一种可以恒压喷射水幕的水马装置,用于危险化学品道路运输泄漏事故应急处置。建立了甲醇道路运输泄漏物理模型,利用计算流体力学(CFD)模型研究了扇形水幕和锥形水幕条件下的气云扩散特性,分析了不同供水压力、喷嘴安装角度等参数对水幕稀释性能的影响。研究表明:水幕可以有效阻隔气云扩散;在相同供水压力下,扇形水幕的阻隔稀释效果优于锥形水幕;稀释效率随供水压力的增大而增大,供水压力设定在0.3 MPa时比较合理;随着喷嘴安装角度的增大,水幕阻隔稀释效果下降。     

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.     

水幕稀释阻挡泄漏LNG效果的数值模拟

水幕为LNG泄漏事故提供了高效、廉价的减灾方案,如何设计布置水幕喷头却缺乏科学的指导。利用计算流体力学对水幕和LNG之间的作用过程进行数学建模,再借助CFD软件模拟泄漏事故并求解。通过监测NG体积分数和展示流场图对水幕的作用机制进行分析,且探究了水幕距离等变量对水幕作用效果的影响。结果表明:扇形水幕与锥形水幕都可以有效阻隔和驱散LNG重气云,扇形水幕隔离危险区域的效果更好;在此事故情形中扇形水幕距离泄漏源9m时驱散效果最好,当距离过近时LNG重气云团易穿透扇形水幕,距离过远使得危险区域过大,不易控制;水幕压力对扇形水幕的驱散和阻挡云团的影响不明显;扇形水幕串联叠加可有效提高驱散及阻挡效率,扇形水幕并联会导致两个水幕作用重叠的区域的水幕阻挡作用被严重减弱。     

水幕稀释罐区LNG泄漏扩散试验与模拟研究

为缓解液化天然气(LNG)泄漏事故后果,利用有色发烟剂模拟LNG泄漏扩散行为,研究水幕的关键参数,包括安装位置、安装高度等对罐区LNG泄漏云团稀释效果的影响,并采用计算流体力学(CFD)软件FLUENT验证试验结果。模拟结果与试验结果基本吻合,表明有色发烟剂试验能够定性模拟罐区LNG泄漏扩散及水幕稀释云团效果。水幕安装在储罐与泄漏源中间,并且安装高度高于云团2倍以上,能够有效稀释LNG云团,保护储罐安全。水幕稀释云团的主要物理机制是液滴与空气间动量交换抬升云团高度,形成的旋涡卷吸空气进入云团内部,加速云团稀释。     

消防水幕对有害气体阻隔效果的试验研究

为研究消防水幕对有害气体的阻隔效果,通过大型和小型2种尺度的试验,测定大型真实水幕对液化石油气的阻隔效果,并建立实验室小尺寸水幕模型,测定水幕对液化石油气、氯气、氨气、二氧化碳等气体的阻隔效果。此外,在小尺寸模型中,添加特定化学药剂测定水幕对氨气和氯气的阻隔效果。结果表明:消防水幕可以有效地阻隔和稀释有害气体;在水源中添加特定的化学药剂,可以有效地提高水幕阻隔和稀释的效果,阻隔效率达到90%以上。为消防部队今后处置化学事故提供切实可靠的数据支撑。     

受限空间水幕隔热阻烟性能的试验研

为了研究消防水幕衰减火灾热辐射和阻隔火灾烟气蔓延的隔热阻烟特性,基于搭建的3 m× 3 m × 2.5 m（长×宽×高）小尺寸试验平台,开展大量实体火灾试验,研究水幕作用下空间温度分布特性以及烟气运动规律,并重点分析了喷头压力和喷头类型2种参数对水幕隔热阻烟性能的影响。结果表明:实施水幕分隔对火灾上层高温烟气具有明显的降温作用;实施水幕能够有效阻止火灾烟气的前期扩散;喷头压力越大,水幕的隔热效率越高,当喷头压力增大至0.6 MPa时,水幕的隔热效率可达70%以上;使用ZSTWC撞击式水雾喷头比ZSTM-AT式扇形水幕喷头更有利于形成均匀分布的水幕断面。     

受限空间水幕隔热阻烟性能的试验研究

为了研究消防水幕衰减火灾热辐射和阻隔火灾烟气蔓延的隔热阻烟特性,基于搭建的3 m×3 m×2.5 m(长×宽×高)小尺寸试验平台,开展大量实体火灾试验,研究水幕作用下空间温度分布特性以及烟气运动规律,并重点分析了喷头压力和喷头类型2种参数对水幕隔热阻烟性能的影响。结果表明:实施水幕分隔对火灾上层高温烟气具有明显的降温作用;实施水幕能够有效阻止火灾烟气的前期扩散;喷头压力越大,水幕的隔热效率越高,当喷头压力增大至0.6 MPa时,水幕的隔热效率可达70%以上;使用ZSTWC撞击式水雾喷头比ZSTM-AT式扇形水幕喷头更有利于形成均匀分布的水幕断面。     

锥形水幕稀释丙烷泄漏扩散的数值模拟研究

采用CFD软件Fluent对有无水幕作用情况下丙烷泄漏扩散过程进行了数值模拟,探讨了上喷锥形水幕对丙烷扩散的影响,得到了不同情况下丙烷体积分数场、速度场分布,并在此基础上讨论了锥形水幕稀释丙烷泄漏扩散的机理.结果表明:无水幕情况下气体扩散稳定无湍流;水幕开启初期会形成较强的上升气流,随后在水幕周围较大范围造成逆时针流场,当水幕成型后,逆时针流场开始偏转,最终形成复杂的湍流流场;一部分丙烷被上升气流带到水幕上方与空气混合,另一部分丙烷穿过水幕或在湍流扰动下绕到水幕后方与后方空气混合稀释后向出口处扩散;开启水幕后,地面处丙烷体积分数下降非常明显,高处丙烷体积分数略有增加.分析得出锥形水幕稀释丙烷气云扩散机理:上喷锥形水幕在水幕附近形成较强湍流,加快空气流通速率,吸卷更多的空气到水幕处,与水幕处泄漏气体混合,同时湍流加强了周围流场流通速率,防止气体积聚,从而达到稀释气体的目的.     

胶带运输巷水幕抑制火灾烟气效率影响因素实验研究

针对胶带运输巷火灾时期有毒烟气蔓延严重威胁工作人员的生命安全问题,提出利用水幕阻烟法抑制火灾烟气传播,搭建小尺寸实验台研究水幕对矿井巷道火灾烟气的阻挡效果。通过分析火灾烟气的运移规律,测量温度分布、非水溶性火灾烟气体积分数的变化,检验矿井运输巷内设置水幕阻烟的有效性。实验结果表明:水幕开启后,其下游空间烟气体积分数降低,能够有效阻止火灾烟气的扩散;水幕远离烟气源、增加水幕层数、水幕向上喷射、喷头压力增大均能够提高水幕的阻烟效果。实验为矿井巷道等地下建筑的防排烟设计提供了思路,对火灾的救援与人员的疏散具有重要意义。     

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。     

化工罐区重质气体多源泄漏扩散实验研究

在模拟实验平台开展了罐区重质气体多源泄漏扩散的实验研究,考察多泄漏源同时泄漏时,泄漏源在罐区的位置、泄漏源间距对罐区重质气体漏扩散过程的影响。结果表明:泄漏源越靠近罐区边缘,重质气体扩散范围越大;泄漏源越靠近罐区中心区域,周围罐的阻碍作用较大,中心区域的重质气体浓度越高;泄漏源间的间距越小,泄漏源中间区域的重气浓度越大,泄漏源间的间距增大,气体扩散范围也增大,事故影响范围越大;泄漏压力、体积速率总和相同时,在一定的距离范围内,多源同时泄漏时空间各点的重质气体浓度与各泄漏源单独泄漏时空间各点重质气体浓度总和基本一致。     

小区域氯气扩散的CFD模拟研究

针对一个较小的工厂区域,应用CFD法,分别对氯气连续泄漏和瞬时泄漏的扩散过程进行了研究,并应用FLUENT软件,分别对两种情况下的氯气扩散情况进行了模拟.结果表明,连续泄漏时,建筑的阻挡和涡旋的存在会减慢氯气扩散速度,使得建筑后方氯气浓度比周围空间低很多;瞬时泄漏时,涡旋对氯气扩散的束缚作用非常明显,涡旋内部的氯气停留时间比其他区域长.这些结果可以为应急救援和工厂结构优化设计提供依据.     

基于Realizable k－ε 湍流模型的氨气泄漏数值模拟研究

针对液氨泄漏事故,为了分析不同泄漏点、不同排风条件下氨气的运移规律,以便合理设置应急处置装备、采取有效措施,基于Realizable k－ε的氨气泄漏有限元数值模拟分析方法,计算了液氨泄漏质量,模拟分析了增加排风口、不同液氨泄漏口及不同液氨泄漏量的氨气扩散规律及浓度变化情况。模拟结果表明:对流排风口位置对于泄漏氨气浓度影响较大,泄漏口位置对泄漏氨气扩散影响不显著;氨气泄漏量的增加使得泄漏口垂直方向氨气浓度显著增加。     

基于CFD的半封闭空间内LNG泄漏后果研究

为定量分析半封闭空间内液化天然气（LNG）泄漏后果,利用计算流体力学（CFD）软件FLUENT,对不同条件下的“冷箱”内LNG泄漏后扩散与爆炸过程进行了模拟。结果表明:无论通风与否,危险区域（甲烷体积分数为5%~15%）一直存在,但通风时该区域比无通风时小; LNG泄漏后会导致箱内温度降低,且泄漏量越大温度下降越低,但通风在一定程度上能减小温降; 当危险区域最大时,发生爆炸产生的超压最大,对于泄漏量小的情况,通风能减小爆炸压力; 障碍物的存在会增大爆炸压力,研究中的最大爆炸超压为158 kPa,可对设备与人员造成严重危害,故在设计“冷箱”时须提出相应的强度要求。研究方法与结果对于与“冷箱”类似的受限空间安全设计与风险评估有指导意义。     

消防水幕衰减火灾热辐射的实验研究

通过全尺寸消防水幕衰减火灾热辐射实验,分析了火灾空间烟气温度的分布,探讨了喷头流量和压力、设置高度、喷头类型和布置方式对水幕衰减辐射热能力的影响,获得了不同工况下消防水幕的隔热效率.在此基础上,结合消防水幕的工程设计参数,揭示了消防水幕在不同的设置条件下隔热效率的变化规律.研究结果对于优化消防水幕设计提高隔热效率具有理论和实践上的指导意义.     

泄漏方向对制冷压缩机吸排气管道氨气扩散的影响

为研究氨制冷压缩机高压排气口管道和低压吸气管道在长期运行中存在的冷媒泄漏问题,以某氨制冷机房为研究对象,采用计算流体力学(CFD)进行小孔持续泄漏模拟计算,研究了垂直向上、水平背风和水平迎风方向泄漏时氨气的扩散特性,以及泄漏方向对报警器安装位置和易燃易爆区域的影响。研究结果表明:高压排气管道的泄漏方向为垂直向上和水平背风时,氨气扩散面积更大;低压吸气管道的泄漏方向为水平迎风时,氨气扩散区域远大于其他两种情形;点1,2和4处的氨气浓度增长速度快,浓度水平高,更有适合布置警报器;无论是高压管道还是低压管道泄漏,沿水平迎风方向泄漏时,危险性都更高。