自然通风消除热源厂房热害的数值模拟与实践

在有余热余湿的厂房 ,大多采用自然通风。笔者采用k ε紊流模型 ,对某钢铁公司二高线厂房自然通风消除热害进行了数值模拟。将生产线上的散热量作为能量方程的附加源项 ,计算厂房内的速度场和温度场 ,优选出了该热源厂房的通风改造方案 :进风口的标高降低 2m ,在操作平台上设置开孔率为 30 %的通风栅栏板。通过对通风改造前、后厂房内温度实测值的对比 ,厂房工作区平均温度下降 5℃ ,风速由原来的平均 0 .2m/s增加到 1.6m/s,厂房内作业区的热环境有明显改善 ,防止了因热环境问题造成的安全事故 ,提高了工人的生产效率。     

工业厂房自然通风的数值模拟及结构改进

采用计算流体动力学(CFD)技术(方法)对某钢铁厂房的自然通风过程进行数值模拟研究。采用Realizable k-ε湍流模型及DO辐射模型对该工业厂房的流场和温度场进行了数值计算,其计算结果与文献中实验值的对比吻合很好。在该基础上,进一步对热源分布和进风口、天窗排风口结构对自然通风效果的影响做了计算,结果表明:适当的减小排风口高度以及缩短生产线热源的间距等能够在一定程度上改善自然通风的效果。研究成果为工业厂房自然通风系统的设计提供了理论参考依据。     

电解铝厂房自然通风的模拟研究

分析了各种厂房形式影响通风的因素,深入研究了各种类型铝电解厂房自然通风规律,找出了影响厂房通风的主要因素为电解槽散热量等工艺特性及操作面高度等建筑特性;在研究电解槽散热量的基础上,利用湍流模型、热辐射模型和浮力模型对电解铝车间的气体流动状态进行了理论分析;针对实际的边界条件,建立了铝电解厂房自然通风CFD模拟计算模型,并使用AirPak软件对普通天窗和弧形天窗形式,在静风、风速为2 m/s和4 m/s条件下的温度场、风速场、空气新鲜度、HF浓度进行了模拟,并对结果进行了分析.     

自然通风对学生宿舍室内苯污染影响的数值模拟

为降低健康风险,采用计算流体力学数值模拟方法,研究了4种不同通风工况对学生宿舍室内苯污染的影响,讨论了室内苯浓度、气流速度矢量与空气龄分布。结果表明：自然通风对于室内苯污染的去除效果明显,进出风口的位置与大小会影响室内气流分布,良好的气流组织更有利于室内污染物的及时排出;出风口对于室内污染物的排出影响较大,增大出风口的面积有利于苯的排出,能更加有效地降低室内苯污染;进风口对室内空气龄影响明显,增大进风口面积能有效提高室内空气的新鲜程度,有利于室内苯污染的稀释,提高学生宿舍室内空气品质。     

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。     

自然通风下高层建筑条形走廊烟气控制的研究

运用长廊型风洞为实验模型,通过实验与模拟对比的方法,应用FDS软件,模拟研究自然通风下走廊中常见几种烟气控制模式的效果。分析比较各个模式下温度、烟气浓度等的模拟结果得出,在有自然通风下,挡烟垂壁在火灾初期对延缓烟气扩散效果明显,随着火灾的发展,挡烟垂壁几乎没有效果。采用机械排烟后,走廊内温度与烟气浓度均有明显下降,火灾初期走廊内平均温度明显降低,在火灾后期走廊内烟气浓度降低明显。在排烟量不变情况下,采用两个排烟口比单个排烟口排烟效果更好,240s时走廊内CO2浓度相比下降21%。在前室门口设置防烟空气幕可以防止烟气进入前室,利于人员疏散并大幅降低走廊内烟气浓度和温度。开启两个排烟口和挡烟垂壁,结合前室门前设置防烟空气幕,可以达到最好的烟气控制效果,240s时走廊内CO2浓度下降59%,CO浓度下降58%。     

基于数值模拟的城市中心区风环境研究

利用CFD软件对长沙市中心区典型区域的风环境进行了三维数值模拟研究。结果表明,城市建筑群布局不当会造成多方面不利影响:如建筑群内局部地区气流不畅,污染物难以扩散,影响市民身体健康;街道峡谷风使得行人行动不便,冬季热舒适感差;复杂的风环境可能造成建筑构件的损坏乃至脱落,对地面行人的安全造成威胁;建筑围护结构渗透风增加造成建筑能耗的增加。在城市规划和建设中,中心区风环境状况要引起足够的重视,在建设之前要进行风环境模拟与评估。     

泊松比对巷道稳定性影响的数值模拟试验研究

泊松比是分析岩体性质的重要物理力学参数之一。为了分析泊松比对巷道稳定性的影响,从泊松比测定与计算方法着手,采用金尼克假说,以巷道侧压系数为研究对象,运用ANSYS软件,建立典型矿山巷道锚喷支护后的数值模型,通过设置沿拱角径向的安全系数监测点,建立巷道安全稳定范围与泊松比的对应关系。研究表明,随着泊松比μ值的增加,巷道拱角处不稳定区域逐渐减小,并向顶底板延伸,巷道两帮的塑性破坏区无明显变化;泊松比μ值为0.20时,塑性破坏区面积较大,为巷道断面面积的5.10倍;泊松比μ值(x)与安全系数≥1的区域距离拱角径向位置(y)的关系式为:y=61.518x2-54.509x+12.516。研究为泊松比对巷道稳定性影响提供了一定的理论参考依据。     

瓦斯浓度对爆炸传播影响的数值模拟研究

以DN700mm管道为原型,应用连续相计算方法对不同浓度瓦斯爆炸火焰、压力波传播进行数值模拟.从中可以看出,爆源附近火焰传播速度较小,上升到某一峰值后又衰减;瓦斯浓度对火焰传播速度有比较大的影响;爆源点的最大压力值并不是整个过程的最大值;瓦斯浓度对爆炸压力峰值影响较大.     

特长隧道风仓接力通风关键参数及其效果研究

通过长斜井进入正洞施工的特长隧道,往往面临独头通风距离过长、工作面风量不足等问题,造成污染物难以在规定时间排出洞外。以衢宁铁路鹫峰山隧道风仓接力施工通风为依托,采用数值模拟方法研究了风仓长度、隔板长度及风机布置方式对轴流风机通风效率的影响,分析了原压入式通风和风仓接力通风洞内CO运移特性。结果表明,风仓长度从10 m增至25 m时,轴流风机通风效率大幅提高,风仓长度大于25 m时,对轴流风机通风效率的影响不大。设置中隔板会影响空气在风仓内的分流并产生较多旋流,从而降低风机通风效率;轴流风机远离斜井端对称布置,风仓内部风流的引流速度和引流范围最大,风流运动路径最优,通风效率最高。由于压入式通风受限于斜井断面尺寸及现场布置方式,当通风距离超过3 000 m后,无法满足洞内作业环境规定的条件。在正洞与斜井交叉部位设置密封的风仓,形成接力通风,能大幅度延长通风距离,提高通风效率,改善洞内空气质量。     

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.     

输煤巷道通风排尘特征参数数值模拟优化研究

针对输煤巷道煤炭运输过程中煤尘污染问题,利用数值模拟的方法,对不同风速下的煤尘颗粒运移规律、巷道底板沉积煤尘粒子扬尘规律进行模拟。通过对两种模拟结果进行对比分析,确定在一般干燥巷道中排尘风速以1.5～2.7 m/s为宜,既有利于粒径小于24μm的煤尘颗粒排出井外,也有利于粒径大于24μm的煤尘颗粒沉降;并且风速+带速不超过4m/s为宜,可以把粒径小于30μm的煤尘颗粒排出井外,很好地起到风流稀释作用。并与现场实测结果进行对比,结论基本一致。     

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。     

自然通风排热量的近似计算法

采用“假设密闭绝热空间法”,计算工业厂房的自然通风排热量。实践证明,此方法是可行的。     

飞机撞击引起爆炸-火灾后建筑坍塌过程模拟

为了解飞机撞击超高层建筑后致使建筑坍塌或倾倒过程,基于颗粒流理论进行了该过程模拟,包括飞机撞击、油箱爆炸、火灾和建筑坍塌过程。模拟分4个阶段:初始至撞击、撞击至油箱爆炸、爆炸至火灾、建筑坍塌至结束。引入了颗粒流爆炸模型和考虑钢混等效结构的火灾模型。分别在建筑高程250 m和100 m处实施了撞击模拟。结果表明,不同的撞击高度所造成的建筑破坏效果和过程有同有异。共同点是飞机的撞击并不是建筑破坏的直接原因。飞机油箱爆炸破坏了外围框架,也造成核心筒结构的损伤,因此爆炸是建筑破坏的起因。不同点是250 m撞击时爆炸引起的火灾加速了上部建筑的倾倒,但最终撞击处下部建筑结构仍完整,这个过程时间较长。100 m时火灾几乎未起到任何助力坍塌的作用,建筑便已经开始不可逆的坐塌过程,该过程时间较短。     

FDS软件在有限空间机械通风模拟中的应用研究*

为指导有限空间机械通风,使用FDS软件研究机械通风过程中供热有限空间内流场、浓度场、温度场等的分布规律,同时将FDS软件模拟结果与FLUENT软件所得模拟结果进行对比分析。结果表明:机械通风过程中,检查室内风速总体较大,管沟内风速相对较小;各测点O2浓度、CO2浓度最终恢复至正常的时间相同,可仅以O2浓度恢复情况作为衡量通风效果的代表气体;采用FDS软件获得模拟结果与FLUENT软件较一致,但在风流的湍流细节方面FDS软件结果更理想。     

不同离散格式下埋地穿越段天然气管道泄漏扩散数值研究

为了掌握埋地穿越段天然气管道泄漏扩散特性、防止因管道泄漏引起的火灾爆炸等事故发生,研究了埋地穿越段天然气管道泄漏扩散的机理。针对埋地穿越段天然气管道泄漏扩散问题,运用多孔介质模型,结合三大守恒方程,构建了基于计算流体力学的数值模型,探讨了大小孔隙率特性下,对非线性对流项和压力梯度项分别采用4种不同离散格式组合方式时的天然气体积分数分布,并与试验进行对比分析。以泰州至戴南的埋地穿越段天然气管道泄漏进行实例研究。结果表明:大孔隙率特性下,一阶standard格式在精度和计算速度上要优于其他离散格式,与试验结果更加接近;小孔隙率特性下,二阶presto!格式相比其他几种压力离散方式具有更高的求解精度。     

基于Ventsim系统的通风井巷断面优化研究

进行通风井巷断面优化须同时考虑巷道断面的经济最优和安全可靠.经济最优是井巷优化的基建费用、维护费用和通风费用之和最小.安全可靠是井巷优化断面尺寸能同时满足通风风速和行人运输的要求.先运用Ventsim三维通风动态仿真系统建立矿井通风系统三维模型,进行通风系统风网数据解算和风流动态模拟,并在此基础上,运用Ventsim系统对需优化断面进行经济断面选型;然后,对经济断面进行通风安全性和行人运输安全性验证,确定巷道优化断面;最后,将此方法应用于板溪锑矿回风斜井和明斜井的优化中,结果表明,用这种方法进行通风井巷断面优化有实际工程意义.