平地型铀尾矿库氡大气扩散数值模拟及环境效应分析

以平地型铀尾矿库为研究对象,采用数值模拟方法,分析了铀尾矿库下风向的氡扩散和浓度分布,并预测了该地区常年主导风向下氡对公众所致的年有效剂量。结果表明,风速从0.5 m/s变化到2.0m/s时,氡在尾矿库下风向的积聚范围由5 000 m缩减为2 500 m,尾矿库下风向2 500 m距离以内的氡浓度降低较快,随着距离的增大,近地面区域氡浓度不断降低,5 000 m外氡浓度变化渐趋平缓。U10=0.5m/s时尾矿库下风向地区的氡浓度比其他风速下最高高出近43%。对照公众个人的年有效剂量标准,考虑风频风速影响,对氡的环境效应分析表明,低风速下现行标准中铀尾矿库防护距离的规定值偏小,应进行适当调整。     

桂北铅锌尾矿库尾砂颗粒的大气风场数值模拟研究

以平地型铅锌尾矿库尾砂颗粒为研究对象,基于离散型随机轨道模型,数值模拟不同粒径尾砂颗粒在不同风速下的迁移路径和沉积距离。研究结果表明,风速对尾矿颗粒的运动轨迹有着明显的影响。当风速为0.5m/s时,50μm尾砂迁移距离较短,无法到达计算域口;而当风速增大为2.0m/s和3.5m/s时,尾砂颗粒迁移至计算域出口的时间随之缩短,分别为2 100s和1 230s。尾砂粒径对尾砂的污染距离也有明显的影响。当风速为3.5m/s时,粒径为100μm和150μm的尾砂颗粒在距尾矿库下风向大约1 500m和800m处完全沉积,而粒径为50μm的小粒径尾砂颗粒能迁移至尾矿坝下游3 000m以外。     

不同风速作用下半水煤气泄漏的数值模拟

针对氮肥工业半水煤气泄漏问题,以计算流体力学(CFD)和燃烧爆炸理论为基础,运用FLUENT软件对半水煤气在不同自然风风速作用下的扩散情况进行了模拟分析.通过比较下游半水煤气各组分体积分数来判断半水煤气的危险爆炸范围以及致死浓度区域.结果表明,当风速为0.5 m/s时,泄漏的危险性气体在自身动量和浮力的作用下缓慢扩散,能够达到爆炸极限或者致死浓度的范围均较小;而当风速达到5 m/s时,圆柱绕流产生的漩涡开始脱落,并携带大量有害气体向下游扩散,致使发生爆炸危险性的区域和致死浓度区域均有所扩大;当风速继续增大到10 m/s时,可能发生爆炸的区域和致死浓度区域范围因空气的稀释作用增强而减小.     

海上石油平台工艺区风环境模拟及韧性评估*

为研究不同风向下海上石油平台工艺区的风场特征和系统韧性,采用Fluent软件从8种不同风向角度对海上平台工艺区风环境进行三维数值模拟,分析研究高于工艺区地面1.5,3,4.5 m水平风场风速分布特征,确定微静风区和强风速区面积,并以微静风区域占比为指标评估系统抗灾韧性。研究结果表明:风速激增区出现在障碍物前缘或侧翼;风口顺延形成强风道,风速介于1.6～3.1 m/s之间;系统韧性与微静风区占比呈现负相关,在1.5 m高度风场处,E-90°风向时微静风区域面积占比约为69%,工艺系统韧性较弱,风险较大;NW-315°风向时微静风区域面积占比约为9.6%,工艺系统韧性较强,风险较小;随着风场高度增大,各个风向系统韧性均有所提高,W-270°风向时系统韧性升幅达12.1%,N-0°风向时系统韧性升幅达12.24%。研究结果可为海上石油平台逃生路线设计、火气监控设备布置及提高平台自身抗灾韧性方面提供指导依据。     

开放空间中自由下落粉尘随水平风流运移扩散的数值模拟

以核设施退役现场反铲挖掘机挖斗卸料过程中产生的粉尘流为研究对象,依据气固两相流理论,运用Fluent软件对粉尘流运移扩散规律进行了数值模拟,研究了多个基准风速下粉尘流的运移形态,并进行了对比分析。结果表明,特定的基准风速条件下,粉尘流会形成特定的运移形态,且当基准风速从1.5 m/s增大到4 m/s时,粉尘流下部两条质量浓度最大值区域会逐渐发生并拢并最终合并,这种变化的直接动力是粉尘流周围的总压差,粉尘扩散范围也会逐渐增大。     

风速对LNG泄漏扩散过程影响的数值模拟

为研究环境风速对液化天然气(LNG)泄漏扩散过程的影响,采用Fluent建立LNG连续泄漏计算流体力学模型,开展不同风速下LNG泄漏扩散过程的数值模拟研究。结果表明,LNG泄漏扩散分为扩散初期、扩散中期、扩散后期3个阶段,扩散过程中LNG从低温重气逐渐转变成轻质气体。环境风速对气云的扩散主要体现在:低于5级风时,云团以两侧卷吸为主,气云表现为"叶状分叉"、中间低两端高,此时气云横风向扩散较快,甲烷扩散距离与冻伤距离随风速增大而增大;而高于5级风时,云团以顶部卷吸为主,气云表现为云团坍塌、中间高两端低,此时气云垂直风向扩散较快,甲烷扩散距离与冻伤距离随风速增大而减小。初步建立了LNG蒸气云爆炸风险范围与冻伤区域和泄漏时间、环境风速的函数关系,可为爆炸风险区域和低温冻伤区域的预测提供理论支撑。     

大型LNG储罐翻滚事故放空气扩散后果模拟

发生翻滚事故时,大型LNG储罐内压力急剧升高,为防止储罐超压破裂,大量的天然气通过安全阀放空,而天然气具有易燃易爆的特点,可能在LNG接收站的装置区及罐区发生爆炸。利用计算流体力学的方法对不同风速、风向下放空气的扩散过程进行了模拟,得到CH4的浓度分布情况。结果表明:大气风速对放空气的扩散过程具有影响,当风速逐渐增大时,降落到地面的CH4逐渐增多,而当风速超过7m/s时,随着风速的增大,降落到地面的CH4开始减少。随着风速的增大,50%LEL影响范围逐渐减小。各种风速条件下,装置区和罐区CH4的浓度均未达到50%LEL,因此LNG储罐发生翻滚事故时,放空气不会形成爆炸性气氛。     

LNG储罐泄漏火灾爆炸事故后果定量分析

分析了目前用于定量预测LNG储罐泄漏火灾爆炸事故后果的三种主要计算模型,并基于ALO-HA软件对LNG储罐泄漏导致的火灾爆炸事故后果进行了定量评估,深入分析了风速、泄漏部位对LNG储罐泄漏事故的影响.结果表明:①在蒸汽云爆炸模型条件下,可燃区域和爆炸冲击波伤害区域随风速的增大先增大后减小,风速为7 m/s时达到最大值;随泄漏点与储罐底部距离的增大而减小;②在池火模型条件下,热辐射伤害区域随风速的增大先增大后减小,风速为10 m/s时达到最大值;随泄漏点与储罐底部距离的增大而减小;风速使该区域向下风向方向偏移,且偏移程度随风速增加而增加;③在沸腾液体扩展蒸气云爆炸模型条件下,风速和泄漏源位置变化对热辐射伤害区域形状和面积定量计算结果没有影响.     

环氧乙烷储罐泄漏扩散中毒模拟研究

为研究环氧乙烷在不同因素影响下扩散规律及其毒性影响范围,以某厂环氧乙烷储罐泄漏事故为背景,对环氧乙烷泄漏扩散规律进行模拟分析。运用FLUENT软件,模拟环氧乙烷随泄漏速率、自然风速和地面粗糙度变化时的动态扩散变化规律。模拟结果表明:1)泄漏速率越快,毒害范围越大,并且在一定条件下,泄漏速率每增加2.5 kg/s,特别严重毒害范围(灰区)最远距离会在下风向增加60~80 m,比较严重毒害范围(黑区)最远距离会在下风向增加20~40 m;2)自然风速越快,灰区范围会变得越来越小,但黑区的毒害范围会扩散得更大,当风速为8 m/s时达到最大值,风速超过8 m/s时,风速的增加反而会使黑区范围变小;3)地面粗糙度越大,对环氧乙烷扩散的阻碍作用越大,黑区范围变小,但地面粗糙度大于4 m后,其对扩散作用的影响与4 m时近乎一致。研究结果对环氧乙烷储罐泄漏事故的预防,应急疏散和救援具有重要的指导意义。     

气田井喷硫化氢风洞模拟试验研究

为研究高含硫气田发生井喷事故后硫化氢的扩散运动规律,以重庆开县"12·23"井喷事故为研究对象,利用北京大学的2号环境风洞,制作了1∶2000的比例模型,利用乙烯和丙烯的混合气为示踪气体,采用长采样管方法测量浓度,首次在国内进行了井喷事故后硫化氢扩散的风洞试验,获得了低风速下(源处10m高风速为0.5m/s)N,NE,E,SE,S,SW,W,NW8个风向情况下的硫化氢浓度分布随时间的演化动画,定量地给出了各风向情况下硫化氢的最大浓度分布和各点的浓度时间序列,认为在低风速下,最大硫化氢浓度区域在撞山爬坡时出现,而爬过山坡后在背风区的硫化氢浓度会迅速降低。研究成果将为气田的井喷风险分级以及井喷事故后的应急处理提供参考。     

土方施工阶段扬尘扩散特征数值模拟

土方施工是建筑工程施工中扬尘排放最为显著的阶段,会造成严重的大气环境污染.为了制定有效的防控措施,需对扬尘质量浓度及分布规律进行分析.采用欧拉-拉格朗日气固两相流数学模型,对土方施工阶段不同基坑深度、不同风速下颗粒物的扩散过程进行数值模拟,并得到不同工况下颗粒物的扩散特征.结果表明,围挡和基坑壁对施工扬尘的扩散有抑制作用,但随着风速增加,抑制作用变小.相同风速下,随着基坑深度增加,扩散到基坑外面扬尘颗粒物的质量浓度降低,当基坑深度由2 m变为6 m,风速为3 m/s时,每个点位的质量浓度平均下降6.6％左右;当基坑深度由2 m变为6 m,风速为6 m/s时,每个点位的质量浓度平均下降9.5％;当基坑深度由2 m变为6 m,风速为12 m/s时,每个点位的质量浓度平均下降11.6％.障碍物的迎风面、2个障碍物之间以及围挡边缘的颗粒物质量浓度显著高于其他区域,应重点监测并做好降尘措施.     

铀矿区放射性核素氡在大气中的迁移研究

以堆浸场、废石场为污染源项,对铀矿区大气中放射性核素氡在复杂地形条件下的迁移情况进行了模拟研究.结果表明,风速对山谷地形的氡气流场的分布影响比较明显.风速为1 m/s时,在矿区内某居民点处没有涡流; 当来流风速为2 m/s和7 m/s时,产生了涡流,且涡流随风速的加快而加大.风速越大,污染物扩散越快,对居民点处的氡浓度的贡献越大.风速为1 m/s时,居民点处的氡浓度为5.4 Bq/m3,2 m/s时6.5 Bq/m3,7 m/s时达10 Bq/m3.对铀矿区内某居民点处的氡浓度进行了实际测量,测量值与模拟结果吻合较好.     

不同通风条件下柴油池火的实验研究

为了分析不同通风条件对柴油池火燃烧特性及引燃特性的影响,进行205 mm带水垫层柴油池火的引燃实验,通过对池火燃料的质量损失速率、火焰高度、温度及热辐射等的监测,分析通风环境中柴油池火的热传递规律。结果表明:当风速为0.5 m/s时,火灾进入旺盛阶段的时间提前,火焰平均温度最高;当风速为1 m/s时,风速的增加导致油池火的质量损失速率增加,位于主火源下风向的待引燃火源获得的热辐射通量增大,火灾旺盛阶段火焰的平均温度降低,火焰高度降低,下风向相邻油盘引燃的时间提前;1 m/s情况下,205 mm带水垫层柴油池火的安全间距需增加到1D以上;通风环境对池火发展及蔓延的影响是显著的,应适当加大下风向可燃物的安全间距,合理选择通风排烟风速,优化火灾应急救援策略。     

街区建筑物对城市交通隧道废气排放的影响

采用大气边界层模式和随机游动扩散模式相连接的模拟方法,对上海市拟建的交通隧道排气口附近街道建筑物区域的气流分布和废气排放物浓度场进行了数值模拟分析,设计了6种方案,并按不同的废气排放形式,分别分析了街区的地面污染物质量浓度分布.结果表明,在建筑物存在的情况下,排风口造成的地面污染物质量浓度的最高值会很大,可达0.44 mg/m3,若换成排风塔,则为0.13 mg/m3; 没有建筑物的情况下,由排风口和排风塔造成的地面污染物最高质量浓度分别为0.11 mg/m3,0.4 mg/m3.当风速增大,质量浓度会降低,最大值分别从0.44 mg/m3降为0.2 mg/m3,和从0.13 mg/m3降为0.1mg/m3.分析表明,建筑物附近的气流特征对污染物扩散会起引导作用: 垂直方向上,导致污染物从高空被带入地面; 水平方向上,使得污染物在下风向堆积; 当风速增大时,地面污染物质量浓度值降低.同时研究表明,对排风塔污染物散布起主要作用的是水平方向的气流结构,而对排风口的污染物散布起主要作用的则是其附近建筑物的背风侧的气流下洗效应和水平流场,因此建筑物背风侧有可能成为重污染区.     

核武器运输炸药爆炸事故气溶胶扩散数值模拟

为响应复杂环境中核武器运输炸药爆炸事故,建立了事故源项计算模型,根据两种典型运输事故场景特点,采用高斯多烟团模型数值模拟了气溶胶扩散过程,以文献试验数据为算例验证模型的有效性,讨论了影响计算的时间步长因素,并输入变风向的气象条件计算了有关辐射特征量。结果表明,1 kg武器级钚在53.52 kg TNT炸药爆炸下产生933 g 239Pu气溶胶,形成柱状云时高度可达249 m,气溶胶质量从顶部向下逐渐减小。时间步长为10 s以内时时间积分活度浓度计算结果曲线平滑,在中性气象条件下(风速6 m/s,东北风变东风),钚气溶胶预期剂量为10 mSv的下风向区域达2.8 km,污染区随风向改变而改变。模拟计算具有动态时效性和适应性,可用于核武器运输中炸药爆炸事故应急的后果评价。     

基于FDS的风速对矿井火灾蔓延规律的影响研究*

为研究不同风速与火源功率共同作用下矿井火灾蔓延规律的变化,以安源煤矿378工作面为研究对象,建立FDS矿井巷道火灾全尺寸模型,设置火源功率分别为3,6 MW,风速分别为0.25,1.25,2.25,3.25 m/s的8种工况。研究结果表明:相同风速下,巷道内温度及相同位置CO浓度值随火源功率增大而升高,巷道内能见度随火源功率增大而降低,且火源功率越大,能见度降到零的火灾区域越大;相同火源功率下,巷道内温度及相同位置CO浓度值随着风速增加而升高,能见度随风速增加而降低;火灾蔓延速率与风速成正比,风速的增大加速下风向火灾的发展,但会减缓上风向火势的蔓延。     

风速梯度对海上可燃气云爆燃特性影响的数值模拟

针对海底输气管道和燃气运输船舶发生泄漏形成可燃气云的问题,基于k-ε湍流模型,并利用涡耗散模型,数值模拟6种风速梯度(1~11 m/s)下海上可燃气云的形成和爆燃过程,研究风速梯度对气云爆燃压力和温度特性的具体影响。结果表明:随着风速梯度的增加,稳定气云面积减小,爆燃最大压力降低,下风向低空区域的最高温度略有下降,火焰逐渐远离高空区域,直至完全停留在低空区域;在低空区域,风速梯度为1 m/s时无法形成大面积气云和持续高温,为3~11 m/s时将形成长时间、大范围的高温区。     

厂内液氨钢瓶泄漏对应急集合点影响研究

为防止液氨泄漏时造成严重影响,以上海某公司液氨泄漏事故为例,利用Aloha软件对液氨钢瓶在不同风速、泄漏孔径和质量条件下泄漏的扩散范围及规律进行模拟分析,找出厂内应急集合点安全的临界条件和最危险情况下新的应急集合点。结果表明,泄漏扩散面积随着风速的增大先减小后逐渐趋于定值;随着钢瓶内液氨储量的增多而持续增大;随着泄漏孔径的增大而增大后逐渐趋于定值;应急集合点只有在风速小于1 m/s时才会受到影响,在最危险情况下,新应急集合点应设在原来应急集合点的北侧105 m。     

高速路上LPG罐车泄漏爆炸危险性分析

在泄漏速度为20、30、50 m/s，环境温度为10、20、30、40℃，地面粗糙度为0.55、0.65、0.71 mm的条件下，利用FLUENT软件进行模拟仿真计算。得到LPG罐车发生泄漏时LPG浓度分布情况，结合LPG火灾爆炸极限，分析泄漏扩散所涉及区域内可能爆炸的范围。研究结果表明，泄漏速度越快，云团扩散速率增大，云团扩散范围越广，爆炸危险性区域增大。风速越大，增大了云团扩散速率，泄漏扩散范围增大，爆炸危险性区域减小。地面粗糙度越大，减缓了云团扩散速率，云团扩散范围减小，爆炸危险性区域增大。     

CO2封存泄漏大气扩散规律及监测方案——以延长油田CO2-EOR工程为例

针对延长油田CO_2-EOR项目的潜在泄漏问题,根据当地气象环境条件,利用重气扩散模型研究了CO_2泄漏运移特征,并以此为依据,讨论了该工况条件下CO_2泄漏的大气监测方案。结果表明:CO_2喷射泄漏后先上升后下降,并沿着下风向运移;在研究区优势风速2.7 m/s条件下,喷射高度与最大CO_2体积分数点高度随泄漏速度增加而上升;CO_2顺风向运移距离大于侧风向运移距离,且泄漏的地表影响范围随泄漏速度增加呈近似线性增加;泄漏速度3 kg/s时开始出现危险区域,且大于该泄漏速率时,地表危险区面积随泄漏速度增加呈抛物线变化;监测点应位于距离泄漏源下风向50~80 m处,在监测高度0~4 m范围内,CO_2监测半宽相对稳定且较大,约为12 m,当监测高度大于4 m时,监测范围明显减小;考虑到监测点预警功能,认为研究区大气监测需要在潜在泄漏源的西北和正南方向50 m处、高度为0~4 m范围内各设置1个CO_2大气监测点,该监测方案可根据现场最大泄漏量预估值及监测预警要求,适当减小与潜在泄漏源的距离。