高海拔矿井风机气动噪声数值模拟及实验研究

为研究高海拔矿井风机气动噪声规律,建立小型轴流风机三维物理模型,利用CFD软件对环境气压分别为1,0.9,0.8,0.7,0.6及0.5 atm时的风机模型进行定常模拟、非定常模拟及噪声计算,并通过自主设计的压变实验装置对上述不同环境气压条件下风机转数分别为500,1 000,1 500和2 000 rpm时的风机噪声进行测试,分析风机叶片附近监测点噪声频谱曲线及压变环境风机噪声实验数据,结果表明:风机转数和环境气压是影响风机气动噪声的2个重要因素;环境气压P一定时,风机转数n越大,各频率下的风机气动噪声声压级SPL越大,且风机噪声总声压级Lp和平均声压级Lavg均随风机转数n的增大呈对数函数增加;风机转数n不变时,随着海拔高度的升高,环境气压P降低,各频段下风机气动噪声声压级SPL均将减小,且风机噪声总声压级Lp和平均声压级Lavg随环境气压值P的降低呈线性函数减小,环境气压每降低0.1 atm,二者分别降低1.47和1.29 dB。     

除尘风机离心除尘器除尘数值模拟与应用

为创造安全健康的工作环境,湿式除尘风机除尘是煤矿井下除尘的主要方法之一。离心除尘器结构是影响风机除尘效率的主要因素。本文以掘进工作面湿式除尘风机为对象,采用数值模拟的方法,对含尘风流经过离心除尘器的除尘效果进行了研究。结果表明:采用湿式离心除尘系统,能有效提高除尘效率;除尘器入口风速为1.9m/s,螺旋挡板间距为0.3m的降尘效果最好。现场实践表明,使用设计后的湿式除尘风机能够有效提高降尘效率,降尘率可达96.7%。     

高海拔矿山掘进工作面尾气运移规律数值模拟

为了综合描述高海拔矿井掘进工程中内燃机尾气污染的影响范围和扩散规律,为高原矿井掘进工程施工过程中的通风方案设计提供需风量等关键数据,在对高原作业条件下内燃机械的工况与排放规律进行测定分析的基础上,采用Fluent软件对工作面的尾气运移规律进行了数值模拟,得出了掘进工作面需风量与内燃机工作功率之间的量化关系。结果表明:高海拔矿山掘进工作面的主要污染源为内燃机燃烧不充分所造成的CO排放,且其排放量在内燃机额定工况范围内随转速增大而增加;通过数值模拟过程可以得出巷道中风筒出口需风量与内燃机功率呈正相关性,因而高海拔地区矿山的掘进工程中,可以通过增大压入式通风量的方法解决巷道内尾气污染问题。     

高海拔矿井掘进巷道瓦斯爆炸火焰传播规律数值模拟*

为研究高海拔矿井瓦斯爆炸火焰传播规律,运用数值模拟方法,建立矿井掘进巷道瓦斯气体爆炸数学及物理模型,并对海拔高度为0,1 000,2 000,3 000,4 000 m时的爆炸火焰传播速度、温度和冲击波压力进行研究。结果表明:瓦斯浓度和聚集体积量一定的掘进巷道发生瓦斯爆炸时,随着海拔高度的升高,火焰传播速度增大,且海拔每升高1 000 m,瓦斯气体聚集区和非聚集区的平均火焰传播速度分别增大4.7%和1.9%,掘进巷道内同一位置受到的瓦斯爆炸火焰最高冲击波压力随着海拔高度增加而显著降低,且呈二次函数关系,达到最大冲击波压力和最高火焰温度的时间缩短,最高爆炸火焰温度受海拔高度的影响较小。     

隧道及其上方城市环境污染物传播规律数值模拟研究

构建了一个含地上建筑环境、地下S形城市隧道、地上丁字形机动车道等几何结构的三维城市模型,运用计算流体力学模拟方式,首先数值分析了整体计算域流场及污染物分布特性,进而探究了环境风向及风速等影响因素.结果表明:开口贯通处对缓解下方S形隧道内污染作用明显,经南开口贯通处后污染降低约60％,但上方建筑环境则因此污染加重,西南区...     

地表水环评数值模拟精细化研究

基于《环境影响评价技术导则地面水环境》(HJ/T 2.3—93)的数值模型部分内容已经落后于水动力及水质等数学模型的发展,不能满足环境影响评价工作的实际需要。建议开展地表水环境影响评价数值模拟精细化研究,研究不同模型维数、不同模型类型之间模拟结果的差异,并开展模型参数的敏感性分析,阐明影响预测结果的主要模型参数,建立适合我国环评应用的数值模拟预测共享软件平台。同时,开展地表水环境影响评价模型法规化研究,提出适用于国内地表水环境影响评价的数值模型清单,建立法规模型验证案例库和法规模型库,提出进入法规模型库的入库标准,规范环境影响评价中模型的使用,为环境影响评价领域的数值模拟预测规范化、科学化提供技术支持。     

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。     

火灾环境下LPG储罐的失效机理研究及其数值模拟

在对国内外液化气储罐失效的相关理论基础上,从内部因素(传热行为分析)对火灾环境下液化石油气储罐的失效过程进行探讨,借助ANSYS和ANSYS LS-DYNA软件对其进行数值模拟.     

爆破云团扩散数值模拟研究

为了进一步探索爆破烟尘扩散规律,以及环境评估与预测的需要,在宏观角度上,运用箱模型云团扩散理论,对爆破云团的模型适用性进行了探讨,建立了爆破云团扩散控制微分方程。对某次工程爆破进行数值模拟,得到了爆破云团半径、云团高度和空气卷吸量随时间的变化关系曲线图。针对数值模拟结果与试验实测值之间存在的偏差进行了分析,结果表明,采用该方法进行爆破云团瞬时扩散模拟是可行的。     

不同隧道坡度下射流风机临界风速研究

为研究隧道坡度对射流风机临界风速的影响,通过理论分析与数值模拟,采用全尺寸隧道模型和5种不同火源功率,考虑0%,±1%,±3%,±5%,±7% 9种不同隧道坡度,研究隧道坡度对射流风机临界风速的影响规律。结果表明:坡度对射流风机临界风速有较大影响。在射流风机与火源纵向间距不小于100 m情况下,即其临界风速与火源纵向间距无关;当上坡时,其临界风速与火源功率的1/3次方成正比,坡度越大,临界风速越小;当下坡时,其临界风速与火源功率的1/3次方成正比,坡度（绝对值）越大,临界风速越大;对数据结果进行拟合,得到上坡与下坡时的射流风机临界风速模型,并与模拟结果取得了较好的一致性。     

高压输水隧洞帷幕体防渗性能的数值模拟*

为研究高压输水隧洞帷幕体防渗性能,建立基于渗流场、化学场及帷幕体微观结构等多物理场耦合的数值模型,采用FEM数值法求解并结合工程监测数据对模型进行验证。结果表明:帷幕体在高水头30 a长期侵蚀与溶解作用下,内部Ca2+不断析出,帷幕体溶蚀程度最深处孔隙率较初始孔隙率增加29.38%,渗透系数增大1.95倍,抗渗性和耐久持续衰减;帷幕体溶蚀具有时空变异特性,帷幕体与高压岔管接触部位溶蚀面积最大,其次为底部,顶部几乎未发生溶蚀现象。研究结果可为监测高压输水隧洞帷幕体防渗性能变化及定制专项防渗方案提供参考。     

室内氢气泄漏扩散的数值模拟

氢能是有发展前景的新型能源之一,氢气的安全储存是氢能应用必须解决的问题。本文建立了基于大容量金属储氢装置的室内氢气泄漏扩散模型,利用计算流体力学软件FLUENT,对室内储氢罐的泄漏扩散过程进行数值模拟,得到了氢气泄漏扩散的速度分布、浓度分布。分析数值模拟结果,得出在该模拟条件下,氢气泄漏时的流动状态为射流湍流;泄漏后上浮扩散,空间密闭时积累于室顶;通风条件下大部分区域的氢气浓度仍然高于安全限值。通过数值模拟,总结出氢气在室内环境下的泄漏扩散规律,可为氢气泄漏事故的处理消防安全设置提供依据。     

基于T-P模型的高低温环境型煤对甲烷吸附性能预测

为预测深部或浅部煤层不同温度和不同压力条件下的吸附等温线,选用型煤以高低温试验装置为依托,测试了温度为293.15,273.15,253.15 K的吸附等温线。基于T-P模型,利用等温吸附曲线对公式中的参数进行了合理的求解,探讨了一种简单的煤对瓦斯吸附等温线预测方法。研究表明:同一吸附平衡压力下,温度越低,煤的瓦斯吸附量越大;ε－ω吸附特征曲线与温度无关,呈现对数的形式;参数m和拟合度R2满足抛物线的关系,存在拟合效果最好时的参数m值。采用T-P模型预测得到的吸附等温线与实测的吸附等温线无论是趋势还是定量结果均十分吻合,其相对误差不超过5%。     

救生舱水密及承压性能数值模拟与试验研究

透水事故是井下常发灾害之一。为满足井下紧急避险要求,救生舱不仅要具备持续耐高水压的能力,而且还需保持良好的水密性。为了检验救水舱的水密及承压性能,应用ANSYS模拟软件对舱体应力变化进行了数值模拟,确定了舱体应力值可能偏大的区域,进而选定了现场试验应变监测点;通过水压试验中心现场试验,制定详细升压方案,观察及分析试验现场和试验应变数据。实验结果表明,救生舱在外界水压达到3MPa的情况下,舱体未发生渗漏及明显变形,救生舱水密及承压性能良好。     

多孔球形材料阻火抑爆性能影响因素数值模拟研究

为探究影响多孔球形材料阻火抑爆性能的主要因素,采用气体爆炸模拟软件FLACS建立多孔球形结构中湍流燃烧模型,对填充多孔球形材料后丙烷/空气预混气体燃烧爆炸过程进行数值模拟。研究结果表明:多孔球形材料能够有效衰减爆燃压力波、阻隔火焰传播,起到阻火抑爆作用,且压力波衰减程度和火焰阻隔效果与多孔球形材料的尺寸、孔径及填充密度密切相关。当多孔球形材料的直径为25 mm、孔径为3 mm、填充密度为20层时,压力波衰减程度最大,火焰阻隔效果最明显,说明直径和孔径越小,填充密度越大,材料的阻火抑爆性能越强。     

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。     

大倾角坚硬顶板综放面采空区漏风数值模拟

由于大倾角坚硬顶板煤层采空区地质条件复杂，漏风规律复杂多变，因而煤自燃危险性较大。利用SF6作为示踪气体对龙东煤矿7162工作面采空区和邻近采空区进行漏风检测，得到7162工作面采空区漏风的基本分布规律。采空区内的漏风出口主要是上隅角处后部的未压实巷道，最小漏风风速随深度的增加而减少，邻近采空区的漏风与煤柱完整程度及断层大小有关，最大漏风量占到正常总供风量的27%。根据漏风检测结果，利用Fluent软件对采空区漏风渗流场进行数值模拟，得到了采空区风压和风速分布规律，离工作面距离大于100 m的采空区内部几乎不存在漏风，保留煤柱的存在使风流更容易进入采空区内部。该研究成果为采空区煤炭自燃防治提供了科学指导。     

压缩空气泡沫水平管路压力损失数值模拟研究

为厘清压缩空气泡沫水平管道输运压力衰减规律,考虑压缩空气泡沫实际工程运用,利用STAR-CCM软件研究泡沫液种类、混合比和管径对湿泡沫水平管网输运过程中压力衰减的影响规律,并结合理论分析建立压缩空气泡沫水平输运过程中的压力衰减预测模型。研究结果表明：管路压降与泡沫液黏度呈正相关性,在混合液流量270 L/min,气体流量1 750 L/min条件下,相同管径高黏度抗溶性水成膜泡沫(AFFF/AR)压降约为低黏度A类和水成膜泡沫(AFFF)1.3倍;对于相同类型泡沫,混合比对管路压降影响较小,100 m长90 mm管径不同混合比之间最大压降差值约为7.21 kPa;管径对压降影响较大,相同泡沫条件下,50 mm管径压降是80 mm管径压降的约9.4倍,80 mm管径压降是100 mm管径压降的约2.8倍,当管径大于80 mm时,不同泡沫对压降的影响逐步减小。压力衰减预测模型计算的压降值与模拟值较前人开展研究所得实验值误差在18%以内,研究结果可以为压缩空气泡沫水平管网设计提供一定理论参考。