烟气输运和水喷淋相互作用的大涡模拟研究

本文应用大涡模拟方法,并结合Smagorinsky亚格子尺度模型,数值研究了烟气输运和水喷淋的相互作用问题。为了有效地模拟烟气输运过程,文中采用低马赫数近似下的三维可压缩Navier-Stokes方程和组分方程进行求解,并采用有限差分法数值计算了滤波后的控制方程。对于燃烧过程扣所产生的热释放,采用Lagrangian粒子携带热量的近似方法来模拟,这些运动粒子进一步用来标识烟气的输运过程,同时还近似模拟了水喷淋和热气流的相互作用过程。文中数值计算了燃烧火源所形成的热气流和烟气输运过程,以及与水喷淋的相互作用,并探讨了喷水装置的喷水量、喷射角和水颗粒直径对流动特性的影响。     

水喷淋控制烟气输运的大涡模拟研究

本文采用大涡模拟方法研究了烟气输运和水喷淋之间的相互作用问题。研究目的是探讨水喷淋（或细水雾）对烟气输运的控制和抑制的有效性和要行性。为了有效地模拟烟气输运过程,本文采用了低马赫数近似下的三维可压缩滤波形式的Navier-Stokes方程进行有限差分法数值求解。烟气的生成和运动采用携带燃烧反应热的Lagrangian粒子（热元模型）来模拟,同时喷淋器喷出的细水雾也采用模型模拟。在本文的研究中,烟气由一个独立的火池产生并且被一股来流（或风）驱动,从而在一个方形槽道里形成烟气输运,在火池下游槽道的顶部布置若干个喷淋器并喷出水雾,以便探讨水雾对烟气输运的控制作用。本文着重分析讨论了不同喷淋角和水雾半径下水雾对烟气输运的控制和抑制效果。     

高层建筑管道井内烟气运动大涡模拟

采用火灾过程的场模拟理论,以大涡模拟为基础,分析了火灾烟气流动过程的动力学特征;为了验证大涡模拟数值方法的准确性,针对Mercier和Jaluria竖井内的实验工况进行了模拟研究,其模拟结果与试验结果吻合较好,表明大涡模拟可以较好地预测竖井内烟气流动情况;通过设定不同的火灾场景,对不同火源功率和不同几何尺寸条件下管道井内烟气的流动过程进行了数值模拟,其结果给出了不同的几何尺寸和火源功率对管道井内所形成\"烟囱效应\"的影响情况.笔者的模拟和研究表明:大涡模拟可较准确地预测高层建筑管道井内烟气的流动状态,对高层建筑的防火设计具有指导性作用.     

受限空间火灾烟气运动的大涡模拟

研究通风不良时受限空间火灾的烟气运动.采用大涡模拟方法,得到受限空间内烟气温度、组分体积分数和速度等随时间的变化.计算得到的时均稳态时的时间平均烟气温度、平均速度、平均氧气体积分数、平均二氧化碳体积分数、平均氮气体积分数和平均水蒸气体积分数的分布与试验数据相符.通风不良条件下.受限空间内烟气平均温度较高,氧气体积分数较低,不存在新鲜空气层.研究为舰艇和仓库等场所的性能化防火设计提供了参考依据.     

障碍物后池火与水喷淋相互作用的数值模拟

采用大涡模拟方法数值模拟了障碍物后池火与水喷淋的相互作用问题,研究目的是探讨水喷淋对障碍物后池火的控制和抑制的有效性,以及障碍物对流动特性和温度场的影响。文中采用低马赫数近似下三维可压缩滤波形式的Navier—Stokes方程和组分方程进行有限差分数值求解,燃烧过程中所产生的热释放采用携带燃烧反应热的Lagrangian粒子(热元模型)来模拟。文中数值模拟了风洞内障碍物后热源产生的热气流及其与水喷淋的相互作用,并探讨了在有无水喷淋情况下的温度场和速度场特性,以及喷水装置位置对温度场的影响。     

竖井结构中壁面温度对火灾烟气运动影响的计算研究

使用大涡模拟方法研究了不同壁面温度条件下,竖井结构中,竖直壁面间的火灾热烟气和空气运动规律及温度场分布。并讨论了造成分布差异的原因。研究表明,流场中速度、温度和混合分数等参数受燃烧产生的热羽流和壁面温差引起的对流共同影响。温差越大,流场流动速度越大,流场的规律性越强,热烟气在流场中的蔓延速度越快。在温度方面,温度分布随流场变化而呈现不同规律,这里着重讨论了一侧壁面温度不同引起的另一侧壁面附近流场的温度变化。     

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。     

隧道运动体火灾温度分布及烟气输运特性

为探究火源功率对隧道运动体火灾的影响,运用计算流体力学(CFD)软件Fluent模拟研究隧道内温度分布及烟气输运特性,建立隧道顶棚最高温度和平均温度随运动体运行距离衰减的预测模型。结果表明:火源功率越大,顶棚温度越高,高温区面积和影响范围也越大,火源后方出现卷吸燃烧形成的涡旋团流,使得温度分布和烟气输运在垂直空间内呈现出与静止火源不同的规律,同时烟气扩散范围和含量随火源功率增大而增大;在整个运动过程中,隧道顶棚最高温度与运动体在隧道内的运行距离呈3次多项式函数关系,而平均温度则与之呈线性函数关系。     

基于大涡模拟的油池火焰瞬态辐射传热研究

为探究油池火焰燃烧过程中火焰辐射的瞬态辐射传热特性,基于大涡模拟方法建立甲醇油池火焰的燃烧模型,并采用准确性高的灰气体加权和模型 (WSGG) 模拟高温气体非灰辐射特性;研究甲醇火焰瞬态燃烧过程中的温度、速度、组分浓度变化及辐射热量的瞬态分布特性。结果表明:燃烧气体温度呈现周期性的变化,会不断地有高温气体在油池表面生成,然后上升、膨胀扩散,且在上升过程中气体速度先变大后减小。受此影响,池火液面受到的辐射热反馈随时间剧烈震荡,液面中心辐射热流密度在-17 ~ -7 kW/m²之间变化,且向液面边缘逐渐减小;液面的热流密度概率密度分布呈现三角形;地面的辐射热量因为距离火焰较远及油罐的遮挡作用,比液面小一个数量级。     

水喷淋下大空间建筑烟气输运的数值模拟研究

大空间建筑由于其功能、结构上的特殊性,使得现有的消防规范不能满足其防火要求,特别是针对大空间建筑的防排烟设计就更为不适用。性能化设计方法是目前防火领域最先进的技术,水喷淋系统作为大空间建筑原有的消防设施其对火灾烟气输运的影响,已作为一项重要的性能参考指标。笔者从数值模拟的角度出发,利用流体动力学软件FDS,研究有无喷淋情况下火源功率能量传递及羽流烟气的输运过程。通过对两种火灾场景下火羽流温度、地面传导热通量及辐射热通量的对比分析,探讨了火羽流流场分布形式,为大空间建筑的防排烟设计提供有力参考。     

城市地区毒气扩散事故数值模拟

在城市人口密集区域，一旦发生重大危险气体泄露事故，周围居民将处境危险。由于城市特殊的街道街谷影响，用普通的方法难以精确计算出场的时空分布，大涡模拟（Large Eddy Simulation）虽然较为精确，但对计算机计算能力要求较高。针对于此，可以通过一些方法，例如贴体网格分析、卫星遥感技术，局部网格加密技术，改进大涡模型的计算条件，考虑泄漏事故一旦发生时，道路、房屋、气候对于气体扩散的影响，对事故的致灾机理从动力学的角度进行研究。在箅例中，通过分析城市地区庙会时的一起事故．模拟气体扩散浓度的时空分布，得出城市地区各个地区的不同受灾程度。通过算例我们看到，数值模拟能够为进一步安全规划、灾害预防、应急反应提供决策支持．     

复杂山区地形高含硫气井安全防护距离研究

通过对国内某重大高含硫井喷事故进行调查,采用大涡模拟方法对3口井井喷气体扩散进行模拟,计算不同风速风向在事故中造成的灾难后果,得出地形因素对于灾难的影响.通过计算不同浓度下的扩散距离,提出分析及计算安全防护距离的方法.根据计算结果的综合分析可以看到,其浓度扩散的最远距离位于带状分布以内.     

自然通风房间内细水雾与油池火作用的数值模拟

采用大涡模拟、混合物分数燃烧模型和欧拉-拉格朗日粒子运动描述法,对自然通风房间内细水雾与油池火焰作用过程进行数值模拟;探讨细水雾在火羽流的不同区域内的灭火机理;分析雾滴直径在自然通风条件下对细水雾灭火效果的影响.模拟结果表明:细水雾冷却热烟气层分为温度迅速降低和缓慢下降两个阶段;在间歇火焰区和浮力羽流区以及热烟气层主要发挥细水雾的蒸发冷却作用,在恒定火焰区则是蒸发冷却和隔氧窒息共同作用;着火区域封闭性较差时,直径较小的水雾系统的灭火效果较低.     

复杂山区地形水利水电液氨施工泄漏研究

水电工程中液氨泄漏扩散对周围居民的危害很大,疏散区域划分成为重要的防护措施,但在复杂地形条件下确立准确的疏散区域成为难题。为解决这一难题,通过现场调查所得数据,采用大涡模拟方法对泄漏气体扩散进行模拟,分析氨的泄漏扩散在大气中的扩散规律,研究泄漏气体的扩散动力学演化过程及影响范围,计算泄漏事故中不同时间段影响范围,得出时间序列上的爆炸危险区域和有毒气体影响区域,最后总结分析制定安全防护距离的影响因素,为周边居民安全防护策略提供参考。     

受限空间烟气运动的盐水模拟原理

考虑烟气的浮力作用,合理地选取流场的特征参数,将烟气运动和盐水运动的基本方程无量纲化,分析两者之间的相似性,得到４个定性相似准则,其中Ｒｅ数是最主要的相似准则．并举例说明缩尺的盐水模拟实验可以满足相似准则。