隧道内燃料电池机车氢气泄漏扩散特性分析

氢燃料电池动力系统应用于轨道车辆,替代传统内燃机或弓网受流系统,能显著降低建设投资,并具有高效率、无污染、零碳排放、低噪音等优势。然而由于氢气（H₂）易燃易爆,一旦泄漏,会威胁到人或财产安全,特别在狭小封闭或半封闭空间,空间受限不利于H₂扩散会加剧H₂聚集,因此氢燃料电池机车的广泛推广需要深入分析其安全性。对不同泄漏位置情况下的H₂在隧道内泄漏扩散特性进行数值模拟,研究不同泄漏工况下H₂浓度分布随时变规律,结果显示：在泄漏初始阶段,上部泄漏时受实际气流组织和自身浮力的影响,泄漏后H₂沿隧道顶部向下游方向进行扩散,可燃气体云的轮廓变大,危险区域存在于隧道顶部;下部泄漏时,气体沿列车底部扩散,危险区域存在于隧道底部。研究结果对促进氢燃料电池机车应用推广具有参考意义。     

油氢合建站储氢瓶组氢气泄漏扩散行为研究

为探究油氢合建站储氢瓶组阀体面板失效后引发的氢气泄漏事故及氢气扩散行为的影响因素,根据真实场景构建等比例数值模型,针对不同泄漏源和环境风力条件下的氢气泄漏扩散过程进行了模拟研究,从事故后果角度提出了不同事故场景下的应急处置方式。结果表明,当储氢瓶组发生小孔泄漏时,氢气运动沿中心线形成欠膨胀射流,在泄漏源周围形成氢气云团高浓度分布。随着泄漏口孔径增大,短时间内氢气扩散在距离泄漏源较远区域形成具备爆炸性的混合气云团。氢气泄漏方向的改变直接影响其扩散行为的变化,促使氢气/空气混合气云团分布区域呈现显著差异。对于水平泄漏模式下的氢气扩散行为要着重考虑站内装置和设备的阻挡作用,而竖直向下的泄漏模式会造成范围更广的高浓度氢气聚集。随着环境风力的增强和站内布局复杂化,泄漏氢气在局部区域浓度升高,沿下风向水平范围的扩散半径增大,而在竖向空间的扩散高度下降,爆炸性混合气云呈现朝下风向区域移动的趋势。     

含硫天然气泄漏扩散事故后果三维数值模拟

含硫天然气泄漏扩散是一个非常复杂的扩散过程,它受复杂地形空间、不同风向、风速等各种条件的影响。为此,采用可行的计算流体动力学(CFD)对这一过程进行了三维数值模拟,根据龙岗001-81井含硫天然气泄漏扩散事故现场,利用ArcGIS软件提取该井周围2 500 m范围内的地形数据建立计算域物理模型,模拟了在多种工况下(不同地形、风向、风速)含硫天然气的扩散规律,对扩散结果进行规律性总结。     

超大空间空气流动的数值分析

利用计算流体力学专业软件umoni 2.0对超大空间的空气流动过程进行数值模拟,分析了速度场、温度场和压力场分布规律以及送风温度和送风速度对超大空间空气流动的影响.研究发现,超大空间进风口压力为负压,并以辐射状向周围负压递增,中间区域达到最大负压,在底部中间处出现正压.进风口温度最低,并沿着射流方向递增.墙壁及超大空间底部温度明显低于中部及顶部温度,但高于进风口温度,中部和顶部温度变化不明显.进风口速度明显大于其他区域速度,且沿射流方向递减,中部回流区有两个较大的涡流.当送风速度变大或送风温度减小时,底部温度可达较低温度,制冷效果明显;而送风温度与送风速度变化对超大空间的压力分布几乎没有影响.     

独头隧道爆破冲击波传播特征与爆源因素影响分析

为评估在隧道爆破冲击波作用下人员安全和建筑物毁伤问题,需要明晰施工隧道与交通隧道内爆破空气冲击波传播特征的区别。利用ANSYS/LS-DYNA软件对比分析独头与双向开口隧道内冲击波传播过程的差异性,研究爆源等效炸药当量、炸药多孔起爆及爆源位置等因素对爆破冲击波传播影响机制。结果表明：独头隧道内爆破冲击波传播经历三维球面波逐渐转换至一维平面波的3阶段变化模式,且独头隧道端部边界约束初始球面波几何扩散,经壁面反射叠加的超压增幅达20%;爆源炸药当量影响着波阵面变化,3阶段变化模式的波阵面转换位置与炸药当量呈幂函数负相关关系,随炸药当量提高而在更接近爆源位置转换;多炮孔起爆工况近场超压更大,而进入远场一维平面波传播区域,多炮孔起爆和爆源位置对冲击波超压分布特征影响有限;与单个爆源中心起爆工况相比,超压相对误差小于5%。     

液化天然气(LNG)瞬时泄漏扩散的模拟研究

对液化天然气泄漏扩散过程进行了分析,考虑其泄漏后发生闪蒸时的液滴夹带以及混合空气量,将闪蒸完的状态作为箱模型的初始状态,考虑空气的湿度影响建立了重气扩散过程的箱模型,并应用实例进行了验证,得出了泄漏后有火灾爆炸危险性的区域以及距离泄漏源的位置,为应急救援预案的制定提供参考,模拟结果显示了重气扩散过程中的重力沉降,空气夹带等一般特征,同时云团初始闪蒸时的液滴夹带对云团的扩散行为具有一定的影响,不能忽略.最后提出了今后的研究方向.     

某不稳定边界层单体建筑后方点源污染扩散的大涡模拟

首先产生大涡模拟所需要的入流湍流条件,然后应用标准Smagorinsky模型对位于某不稳定边界层的单体建筑后方点源污染扩散问题进行了数值模拟。结果表明,在不稳定条件下,使用大涡模拟能够较好地预测单体建筑的绕流特性和污染物分布。单体建筑绕流的湍流场十分复杂,空气流经建筑后发生了分离,在建筑后方形成了再循环区域,使高浓度气体被输送到建筑背面附近。受周期性涡脱落现象的影响,污染气体被释放后逐渐向建筑两侧及下游扩散,形成了较宽的扩散区域。气体的高浓度和低浓度瞬时等值面表现出了不同的特征。     

含内热源松散煤体热湿迁移特性研究

为研究松散煤体内部热湿迁移规律,建立松散煤体多场-相变-扩散耦合数学模型,对热力驱动下的温、湿度场时空演变规律进行仿真研究;通过热湿迁移特性实验平台,对数值模拟结果的有效性与准确性进行验证。研究结果表明：温度相对误差小于5%,含湿量相对误差小于8%;松散煤体温度逐渐升高,温升速率逐渐减小,温度最终趋于稳定值,沿轴线方向温度呈指数性降低;松散煤体湿度场可分为煤体含水率和空气含湿量,在空间上可分为含水率减少区、含水率增大区和含水率不变区,随着计算进行,峰值含水率逐渐增大且向远离热源方向移动;含湿量相较于实验初期均有所增大,沿轴线方向先呈线性降低,后呈指数性降低且线性区域越来越大,指数性区域越来越小。     

受限空间煤尘爆炸毒害气体传播伤害研究

为减少煤矿煤尘爆炸后毒气对人的危害,为煤矿防爆、抑爆和安全评价,以及事故应急救援等提供理论依据,研究了煤尘爆炸后毒气的传播伤害规律。基于质量守恒定律与空气动力学理论,建立煤尘爆炸后风流作用下的毒害气体在受限空间内的数学传播模型,得到巷道内毒气传播的弥散系数,计算出沿爆炸传播方向毒气浓度随距离变化的关系,划分伤害三区并推导出相应的伤害范围计算公式。研究表明:毒气传播的峰值点随风流方向移动,其峰值点浓度逐渐变小。     

四氯化硅泄漏迁移-转化过程数值模拟

针对四氯化硅泄漏后形成的重气云的三维大气扩散与反应转化过程采用计算流体力学进行模拟,研究了四氯化硅气体与水蒸气反应过程中不同时刻四氯化硅、氯化氢等有毒物质的空间分布与转化情形.四氯化硅受重力作用下沉并向周围扩展,迎风面处的四氯化硅下沉触碰到地面后向上风侧移动,但主体向下风向迁移.反应主要发生在气团外层,生成的毒害性氯化氢覆盖范围较四氯化硅广泛,反应物和生成物在近地面的质量分数较大;水解反应消耗水分导致脱水效应和反应放热升温,会对该区域生态造成严重危害.研究了空气湿度和风速对四氯化硅迁移转化的影响.空气湿度对四氯化硅质量分数影响较小,主要影响生成物的质量分数变化,湿度越大氯化氢质量分数越高.风速主要影响反应物和生成物达到质量分数分布波峰的时间,风速越大,高质量分数氯化氢的存在时间越短.     

NMR成像技术测试煤样渗吸过程中水分变化规律研究

外加水在渗吸过程中可以促进煤体瓦斯解吸,减小煤层瓦斯含量,从而减少瓦斯事故的发生频率。为了研究含瓦斯煤水分分布规律,采用NMR（核磁共振成像）技术,针对不含瓦斯煤进行定量外加水渗吸实验。研究结果表明:型煤中的水分主要受毛细管力和重力作用的影响;在自下向上吸水和自上向下吸水渗吸过程中,毛细管力作用相同,径向方向上水分扩散速度相近,但在轴向方向上的扩散速度具有明显差异,由于重力作用的影响,分别产生抑制和促进作用;水分三向扩散半径与时间符合朗格缪尔函数关系。     

山谷地区埋地天然气管道泄漏三维数值模拟

针对山谷地区埋地天然气泄漏问题,建立三维泄漏模型,将管道模型建立于土壤下,给出山谷地区风随海拔高度变化边界条件,在此基础上对山谷地区高含硫天然气泄漏问题进行六组模拟。结果表明:六组工况下硫化氢的危险区域全部大于甲烷的危险区域,突显出天然气泄漏问题中硫化氢的危害性之大。风速对危险范围的影响很大,在山谷地形条件下危险范围大小与风速大小成反比,且风速越大,危险范围越小。三个泄漏口方向中漏口斜向上45°时空气中泄漏气体的总质量分数最大,扩散的范围最大,但部分范围内并未达到泄漏气体的危险浓度,危险范围比实际扩散范围要小,漏口斜向下45°时危险区域是最大的,漏口水平介于中间。     

飞机库燃油泄漏扩散特性及影响因素分析

为有效预防飞机库燃油泄漏扩散导致的重大安全事故,基于国内某飞机库空间结构,建立了燃油泄漏扩散试验平台,通过模拟试验及数值模拟的方法,探究飞机库燃油泄漏扩散过程油气体积分数的分布规律及环境因素的影响。结果表明：飞机库水平方向上油气扩散速度较快,竖直方向上呈现明显的分层规律,经过初始稀释、障碍累积、重力沉降及被动扩散阶段后实现浓度平衡;温度、泄漏位置和泄漏量对飞机库内油气体积分数分布影响显著,随着温度的升高,模拟机库空间内最大油气体积分数增幅较大,泄漏位置主要影响空间内部油气扩散达到平衡体积分数的时间,泄漏量对空间内最大油气体积分数、油气的平衡体积分数及达到平衡体积分数的时间均有影响,对油气的产生速率影响不大;飞机库内障碍因子对油气扩散的扰动以及油气累积后的二次加速现象,使得飞机库内湍流强度急剧增大,导致危险油气体积分数区域不断扩大。     

台雄水库建设前后景观生态变化特征

通过Quick Bird、ZY-3商业卫星影像遥感解译提取台雄水库周围区域2008年、2018年共2期的土地利用数据,基于叠图法、景观指数法分析了水库建设前后土地利用空间分布格局、变化特征等。主要结论如下:台雄水库采取了有效的植被恢复措施,工程建设对自然植被尤其是森林植被的影响有限,工程建设和运行基本未改变生态系统总体异质性,对区域生态体系的阻抗稳定性影响不大。     

斜坡地形CO2扩散规律相似试验研究

基于相似性原理,在不同坡度(0°、20°、30°、45°)及不同地面粗糙度(木质地面、土质地面)条件下进行了小尺寸的CO2泄漏试验,研究坡度和地面粗糙度对CO2泄漏扩散的影响,为全尺寸现场CO2泄漏试验提供参考。结果表明:坡度的存在对CO2扩散产生了较为明显的影响,坡度越大,斜坡上体积分数梯度越大,坡度小于20°时,对CO2扩散影响几乎无影响,坡度大于30°时,影响开始凸显;与无坡度的平面扩散相比,斜坡下方出现明显的CO2聚集区域,坡度越大,聚集现象越明显,体积分数分布越平均;地面粗糙度的增加使整体CO2体积分数有明显的上升,泄漏口附近(0.25 m)体积分数上升最为明显,整个泄漏场浓度分布更加平均,浓度梯度更小;此外,地面粗糙度的增加一定程度上抑制了泄漏过程的卷吸效应。     

强制通风下炼钢厂工作场所煤气泄漏扩散研究

为探索在强制通风条件下,炼钢厂工作场所煤气泄漏后在车间内的扩散规律和影响范围,以某炼钢厂为例,建立煤气泄漏扩散数学模型;对其离散格式、边界条件设定和气体性质定义;采用计算流体力学方法模拟煤气泄漏后CO的浓度变化过程以及不同监测点的CO浓度变化分布规律。模拟结果显示:在相同风压下,随着通风时间的增加,CO在呼气带的浓度逐渐降低;随着通风压力的增加,CO在呼气带的浓度降低得更快,特别是在泄漏停止后,通风压力的增加,使空气对流加快,新空气的进入使CO得到迅速的稀释;当通风压力从2 MPa到6 MPa递增时,距离地面1.5 m处6个水平监测点上CO浓度随时间变化无数量级差异;通过0.4 MPa和0.6 MPa压力的对比分析可以看出,0.6MPa通风压力具有明显的趋势变化。     

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.     

障碍物地形条件下重气泄漏扩散实验的CFD模拟验证

重气泄漏扩散是一种危害性较大的多发事故,而一旦在人口密集区域发生泄漏事故,周围居民将处境危险。重气泄漏后一般沿地面扩散,而地形条件是影响其扩散行为的重要因素。本文利用计算流体力学方法(CFD)对Thorney Island Trial026实验条件进行了数值模拟,考察障碍物对气体扩散的影响并与实验结果进行对比。结果表明,模拟结果与实验数据的吻合性较好,证明CFD软件能够较准确地模拟障碍物地形条件下的重气扩散过程。     

矩形巷道矿震应力波扩散规律谱元法分析*

为明晰矿震在巷道围岩中的应力波扩散规律,采用SPECFEM2D程序包谱元法数值模拟方法,研究二维模型在有无矩形巷道情况下应力波扩散过程以及质点最大振动速度PPV值分布规律。结果表明:巷道受S波影响大于受P波影响的程度。巷道表面应力波叠加现象明显,且背波侧巷道左帮上半部分PPV值最大,但深入围岩内部后有巷道时小于无巷道时的PPV值。巷道迎波侧PPV值较背波侧大,且分布范围大,背波侧出现了应力波屏蔽区。巷道顶底板主要受水平方向应力波影响,两帮主要受垂直方向应力波影响。研究结果对理解应力波在矩形巷道周围的扩散规律有一定的参考作用,并对矿震应力波作用下的巷道支护有一定借鉴意义。     

地铁十字换乘车站全尺寸实验研究:Ⅱ.站台火灾

为了解在不同通风模式下地铁十字换乘车站站台火灾发展规律,通过在地铁十字换乘车站站台开展全尺寸火灾实验,分析了不同通风模式下站台层火灾的烟气扩散速率、沉降高度和扩散范围。研究结果表明:该类型车站站台火灾烟气扩散受到建筑结构和通风条件等因素的影响;在A线路站台层发生火灾时,站台断面面积沿烟气扩散方向的缩小有效抑制了烟气向远端扩散;站台机械通风能够有效降低烟气扩散速率,控制烟气扩散区域和沉降高度;在0.5 MW火灾规模下,A线路站台火灾对B线路影响不明显。