危险气体扩散实时仿真的关键技术──“反求源强”方法初探

阐述了计算机实时仿真在危险气体泄漏扩散预警系统中的应用。文中首次提出了通过求解气体扩散方程一类反问题来确定源强，即根据传感器实时检测的浓度值，代入反问题算法的仿真程序求得近似泄漏强度，再将实时采集的气象参数一并代入扩散方程，在显示屏上给出有害气体云团在区域电子地图上的扩散态势。     

危险化学品泄漏扩散研究探讨

对危险化学品泄漏扩散的研究是事故应急救援的基础。针对近年来日益增多的危险化学品泄漏事故,本文从数学模型和计算机仿真模拟两方面系统评述了国内外危险化学品泄漏扩散方面的研究,其中数学模型研究主要分为“反求源强”模型和扩散模型两类,计算机仿真模拟主要分为静态离线仿真模拟和实时动态仿真模拟两类。在此基础上,提出了进一步研究的一般框架和研究的方向。     

液化危险品储罐泄漏——扩散监测及仿真预警系统

根据国家八五科技攻关专题“易燃易爆重大危险源监控及预警技术研究”技术总结报告提供的素材，通过对危险品储罐的安全状态实时监测、建立泄漏扩散预测模型及其计算机仿真装置，构成监控危险源的预警系统，为预防重大事故、保障安全生产提供技术支撑     

船舶废气排放扩散模拟计算方法研究

基于船舶AIS数据的船舶废气排放评估计算模型,以高斯烟团扩散模型为核心,结合船舶航行和排放特征,构建移动船舶源排放烟团扩散模型。利用控制变量法,在其他变量参数相同条件下,分别设定不同风向、不同大气稳定度、不同高程平面,仿真模拟航行状态下的船舶排放烟团扩散至空间环境中的质量浓度分布情况,分析船舶在不同环境参数下的扩散特征。结果表明,仿真模拟结果与实际气体空间质量浓度分布情况相符。通过在深圳市盐田港区布设船舶废气排放岸基固定嗅探监测设备,对港区进、离港和过往船舶进行大气污染物排放组分(SO2、CO2、NO、NO2)全天在线实时监测,以SO2作为试验样本气体,船舶排放的SO2排放至监测站的模拟质量浓度与实际监测质量浓度标准误差为19.81%,在合理的误差范围内,验证了船舶废气排放扩散模拟计算方法的科学有效性。     

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。     

基于真三维GIS的危险化学气体泄漏扩散动态模拟仿真系统

针对传统危险化学气体泄漏扩散软件在模拟表现力方面的不足,提出将改进的随机游走大气泄漏扩散模型集成到真三维地理环境信息系统中,完成了基于真三维GIS环境下的危险化学品泄漏扩散模拟仿真系统的设计与开发.该系统能够在真三维场景中直观地展示危险化学气体的三维扩散过程,实时显示危险化学品泄漏扩散浓度分布图及事故不同程度的危害范围.同时通过与PHAST软件模拟结果对比,验证了该系统的可靠性.系统可以直观地、有效地帮助应急指挥人员组织应急救援和疏散,为企业、政府在危险化学品泄漏事故预防、预测和评估以及应急预案的制定提供参考.     

航天发射场液体推进剂的泄漏扩散模型研究

为了实现对有毒推进剂泄漏扩散浓度的快速估算,对液体推进剂偏二甲肼在发射场泄漏蒸发扩散的实际情况进行理论分析,建立扩散模型,并从泄漏源、沉积效应、地面反射、大气稳定度等方面对扩散模型进行完善;应用数值模拟方法进行仿真,将数值模拟结果与实验数据、理论计算结果进行对比分析。研究结果表明:气体扩散模型与数值模拟及实验结果基本一致,但扩散模型计算结果偏小,这是由于推进剂进行了燃烧和氧化反应,扩散区域温度上升,大气稳定度降低,实际浓度更大。     

基于GIS的危险气体扩散实时预测系统研究

将大气环流数值模拟及预报系统、危险物排放量估算方法和改进的气体三维扩散模式进行耦合集成,结合危险源实时监测系统,嵌入危险品理化性质及影响等级数据库,建立基于GIS的危险气体扩散实时预测系统,提出了一套危险事故有毒有害气体预测预警系统的构建思路.该系统首次将气象模式引入危险事故预测预警系统,实现结合实时气象信息的危险源事故后危害气体扩散范围及浓度分布的预测,并可实现分析查询等管理功能.     

易燃易爆危险物质泄漏扩散仿真及其应用的研究

以某轻烃厂泄漏事故为研究对象，研制并开发了一个事故后果仿真软件（ＰＣＩＭＳ）．针对仿真过程中存在的问题，如模型的复杂性、参数的不确定性等提出了处理方法．通过具体生产装置的泄漏扩散后果分析，演示了ＰＣＩＭＳ的仿真结果     

液化天然气在水面地面扩散对比研究

主要利用FLACS软件,对水陆两处不同的界面下,LNG在同等气象条件下的扩散情况做了相关研究,利用FLACS软件前置处理器CASD对建立简单模型,拟定计算方案进行模拟仿真,对模拟结果进行整理分析后,得到水陆两个不同扩散层面液化天然气气液两相扩散结果与最大扩散距离。处理数据得到LNG气液两相扩散距离,对比结果可知LNG在水面蒸发速率大于地面蒸发速率且扩散距离远远大于地面扩散距离,可燃区域覆盖面更为宽广,说明水面扩散速率大于地面扩散速率。     

液化和压缩气体半球形扩散模型集的构建和应用

国内外液化和压缩气体的泄漏爆炸事故屡见不鲜,针对其性质和短时间近地面扩散的特点,总结、修正和扩展了瞬时泄漏下的平均半球形扩散模型。对于连续泄漏,利用数学积分理论建立了静风下的半球形扩散模型。接着对有风时的情况进行建模推导,将风速和气体自身扩散速度进行矢量合成,得到了半椭球形扩散和半椭圆锥与1/4椭球体组合扩散下气体的质量浓度和质量浓度变化趋势。最后用实例验证了该模型的先进性。该模型集能较好地反映液化和压缩气体泄漏后不同泄漏情况、时间、近地面区域和风速下的扩散浓度空间分布及其动态变化过程,为事故后果预估和应急救援决策提供参考。     

含水率对构造煤煤粒瓦斯扩散的影响研究

为了研究分析不同含水率对煤粒瓦斯扩散的影响,以平煤八矿构造煤为研究对象,利用瓦斯扩散试验装置,测定不同含水率条件下煤粒瓦斯解吸量,对比分析不同扩散模型,优选适合描述含水煤粒瓦斯解吸全过程的扩散模型,进而研究不同含水率对煤粒瓦斯扩散系数的影响。研究结果表明:相同时段下,干燥煤样的累计瓦斯解吸量最大,随着含水率增加煤样的累计瓦斯解吸量越来越小,水分的增加封堵了瓦斯扩散通道,在煤微孔隙内产生一定的蒸气压增大了瓦斯扩散的阻力使得单位时间内的瓦斯解吸量不断减小;通过3种扩散模型的对比发现幂函数模型在误差大小和稳定性方面都优于其他2种模型;利用该幂函数模型对扩散系数进行计算得出4种含水率对煤粒扩散系数的影响发现,扩散系数均经历前期快速下降和后期缓慢下降2个阶段,扩散系数随含水率的增大而减小且扩散速率趋于稳定。     

瓦斯爆炸事故有毒气体扩散及危险区域分析

针对瓦斯爆炸事故毒气扩散实际情况对高斯烟团模型进行改进,得出了适合井下瓦斯爆炸事故毒气扩散规律的公式,并对公式中的扩散参数进行了修正。按照井下瓦斯爆炸事故频发区的几种典型巷道,拟合了距爆源处大于300m情况下的毒气传播规律公式。依据该公式划分了瓦斯爆炸事故毒气扩散死亡区、重伤区、轻伤区,为瓦斯爆炸事故安全评价提供了理论基础。     

基于经典扩散模型不同粒径粒煤瓦斯扩散特征实验研究

为了获取多尺度粒煤在不同初始吸附平衡压力条件下的甲烷扩散特征,完成了0.25～1.00 mm,＞1.00～3.00 mm,＞3.00～6.00 mm和＞6.00～10.00 mm这4种粒径粒煤在1.0 和3.0 MPa初始吸附平衡压力下的甲烷扩散实验,并考察了经典扩散模型对各实验在0～10 min,0～60 min,0～180 min时间段的扩散拟合效果。研究结果表明:同实验时间,扩散率表现为随着粒径的减小呈增大趋势,0.25～1.00 mm相较＞6.00～10.00 mm粒径粒煤最大增大了73%;经典扩散模型不适用于描述甲烷在粒煤中的全阶段扩散,粒径越小拟合精度越低,仅对于初始扩散阶段（0～10 min）拟合效果较好;同初始吸附平衡压力,初始扩散系数D值随着粒径的增大呈递增趋势,＞6.00～10.00 mm相较0.25～1.00 mm粒煤扩散系数增大至7倍。不同尺度粒煤的瓦斯扩散特征,为煤层气达产、稳产、增产提供了储层改造方向。     

动扩散系数新模型下不同粒径构造煤的瓦斯扩散特征

为揭示不同粒径构造煤的瓦斯扩散特征,采用瓦斯解吸仪分别在井下现场和实验室内开展了原煤样和不同粒径的构造煤瓦斯扩散实验,并采用低温氮吸附法测定其孔径分布,采用动扩散系数新扩散模型计算各类扩散实验的初始扩散系数D0及其衰减系数β、有效初始扩散系数De0和有效动扩散系数De(t)。结果表明:各类粒径构造煤的瓦斯扩散率初期增长较快,但衰减迅速。同时刻下,粒径越大,D0越大,β越小,构造煤中孔隙由表及里孔径逐渐缩小,正是这种孔径特征控制了D0和β的大小。同时,粒径越大De0和De(t)越小。与之相反,井下构造煤原煤样具有更小的粒径,致使原煤样的瓦斯扩散速度更快,因此构造煤具有更严重的突出危险性。     

煤粒瓦斯扩散行为的气压依赖性研究

为了研究煤粒瓦斯扩散系数对气压的依赖性,应用自主搭建的煤岩吸附瓦斯实验系统进行不同气压条件下的煤粒瓦斯扩散实验,并通过模型拟合得到不同气压条件下的扩散系数,分析扩散系数对气压的依赖性。研究结果表明:实验煤样具有双重孔隙结构;由于煤粒对瓦斯具有吸附性,导致模型拟合得到的扩散系数是表观扩散系数而不是真实扩散系数;表观扩散系数与真实扩散系数呈正比例关系,与等温吸附线斜率呈反比例关系;在低压阶段,煤粒瓦斯扩散由努森扩散主导,此时表观扩散系数与气压呈正比例关系;在高压阶段,煤粒瓦斯扩散由分子扩散主导,此时表观扩散系数与气压呈反比例关系。     

基于三维图像分析的浮力扩散火焰几何与辐射特性研究

火焰几何特性和辐射特性是刻画火灾规模及其危害的重要参量。利用三维火焰重构技术,获取了丙烷浮力扩散火焰的火焰高度、表面积、体积和火焰面元视角系数的变化规律。结果表明,三维重构的火焰能够表征真实火焰形态的动态变化。平均火焰表面积和体积均可较好地拟合为热释放速率的幂函数,火焰表面积热释放速率随火焰热释放速率的增加趋于常数。平均火焰高度、表面积和体积与火焰外部平均辐射热流之间具有较好的幂函数关系,且拟合指数随着与火源距离的增大而减小。此外,将点源、圆柱辐射模型和火焰面元积分方法得到的辐射计算值与辐射测量值进行比较,发现火焰面元积分方法能够更好地预测火焰外围的瞬时和平均辐射热流分布。     

受限空间内湍流模型对气体扩散仿真结果的影响

针对受限空间内气体扩散问题,为研究不同湍流模型对气体扩散仿真结果的影响 ,选取FLUENT软件中工程应用较为广泛的湍流模型为研究对象,以相关气体扩散实验为 参考,构建数值仿真模型,在初始和边界条件相同的情况下采用不同的湍流模型对实验 过程进行数值模拟。在对模拟结果定量化分析方面,采用了Hanna等人提出的广泛应用 于重气扩散模型评价的误差分析方法,并结合了chang等人提出的有关模拟效果的统计 误差评判标准,通过计算模拟值与实验值之间的统计误差对比分析了各模型模拟效果。 结果表明,所选的5种Reynolds平均湍流模型模拟结果的统计误差指标均符合有效性评 判标准,模拟值总体上要高于实验值,并且Realizable k-ε模型的模拟效果要优于其 他模型。湍流模型的选用会对受限空间内气体扩散仿真结果产生影响,选择合适的湍流 模型有助于提高数值仿真的精度。     

埋地管道泄漏天然气在分层填筑土壤扩散数值模拟研究

城市埋地天然气管道发生泄漏不易被发现,并易产生爆炸、火灾、中毒等次生事故,针对低压埋地天然气管道施工分层填筑与不分层填筑的两种情况建立模型,依据多孔介质模型修正后的基本控制方程,采用FLUENT组分运输模型、RNG k-ε湍流模型,对管道沟渠分层填筑与不分层填筑气体泄漏扩散情况进行数值模拟。根据仿真土壤含气摩尔量划分三个浓度区域进行分析,分层填筑土壤分界处砂土含气量达到低浓度的时间较快约为60 s,12 min可以达到高浓度区域。两种材质交界面处,高浓度气体扩散存在延迟,中浓度和低浓度气体扩散在交界面处扩散曲线有明显拐点,进入到上层土壤材料后扩散速率加快,不分层填筑模型扩散速率没有明显改变。