基于热湿交换理论的巷道风流温、湿度影响因素研究

为了研究巷道风流参数的影响因素、预测风流温湿度的变化规律,结合热湿交换理论,建立了风流与围岩壁面之间热湿交换的数学模型,以及贴体坐标系下围岩内部温度场的导热微分方程;利用数值方法,将围岩内部的导热问题与影响风流参数变化的热湿交换问题耦合起来,并以大柳塔煤矿52505综采工作面为例进行计算,得到了与实测参数较为一致的模拟结果,验证了该数值方法的有效性。研究结果表明:风流温度受原始岩温、入风流温度、局部热源强度等因素的影响,风流相对湿度与入风流温、湿度以及井下湿源的数量和强度有关;巷道壁温作为将围岩温度场与风流参数之间关联起来的主要因素,对模拟结果影响较大,其数值取决于壁面与风流之间热湿交换以及围岩原始岩温。     

巷道湿喷作业风流-粉尘运移规律的数值模拟

为了解决巷道湿喷混凝土作业粉尘污染问题,针对巷道湿喷作业现场的风流场和颗粒场特点,采用κ-ε模型并运用气固两相流理论建立了巷道湿喷作业风流-粉尘运移的数学模型,利用Fluent软件进行了数值模拟,通过与现场实测数据对比,发现模拟结果与实测数据相吻合.结果表明,湿喷产尘口下风侧0～6m区域聚集了大量的高质量浓度粉尘云团,基本扩散至整个巷道断面,最低质量浓度高达12 mg/m3,湿喷产尘口下风侧6 m以后,高质量浓度粉尘云团消失,粉尘逐渐向巷道其他区域分散运移,但局部粉尘质量浓度依然高达30 mg/m3,直至湿喷口下风侧16.4 m以后,粉尘质量浓度迅速降低至3 mg/m3以下.由此提出了“湿喷作业粉尘三区理论”,并提出将参与搅拌、上料等作业程序的设备和人员布置在“可接受粉尘区”为最佳.     

高温矿井湿润巷道表面与风流间热湿交换分析与简化计算

高温矿井巷道与风流间同时存在显热交换与潜热交换。相对于显热交换量,潜热交换量计算参数难以获得,致使巷道表面热湿交换量计算过程繁琐。为简化计算,对巷道热湿交换体系内显热、潜热交换与表面温度、空气状态温湿度的关系进行分析,通过饱和水蒸气分压力与温度的关系引入Lewis关系,将对流质交换系数用对流换热系数的函数关系表示,饱和水蒸气分压力用温度的函数关系表示,进而将潜热交换量表示成对流换热系数、壁面温度及风流状态露点温度的函数,将对流显热交换量与潜热交换量的计算有机结合;并针对高温矿井的客观条件,对潜热交换量计算式进行了适度的简化与误差修正,得出了精度满足工程计算要求的潜热及全热量简化计算式。同时分析了不同情况下全热简化计算式计算出的净热交换量的传递趋向,明确了不同矿井巷道表面温度及风流温度下,巷道表面水分蒸发需热量的取向。     

矿井通风热阻力数值模拟研究

矿井风流流经井下热水、干热岩、火灾地点等局部高温区域时,风流吸收热量使其内能增加,高温风流在巷道内流动时会产生热阻力。针对如何确定井下风流加热流动时巷道内热阻力的实测范围这一问题,通过理论推导与数值模拟的方法对巷道内热阻力分布情况进行分析。由压力场的模拟结果得出风流加热流动时,所产生的热阻力不仅存在于加热区,高温风流向加热区下风侧流动时热阻力仍然存在。模拟结果表明:对于水平等截面管道,风流流经加热区时,风流速压增加,加热区内风流的静压降幅大于全压降幅;流出加热区的风流向管道出口处流动时,高温风流不断克服阻力做功,并与管道内的新鲜风流、壁面进行热交换,风流温度逐渐下降,当测定区间为加热区入口至模拟管道出口时,风流的静压降幅与全压降幅近似相等。研究结果对井下巷道、隧道及实际工程应用中热阻力的分析与研究都具有重要价值。     

走向高抽巷抽放采空区瓦斯数值模拟与试验分析

为获取走向高抽巷抽放瓦斯的合理参数,依据采空区瓦斯运移基本方程,采用FLUENT数值模拟的方法确定走向高抽巷的最佳抽放位置,即竖直方向高度为综采工作面底板上方20m,倾斜方向距上风巷水平距离为14 m,并在张集矿1111工作面进行现场试验;从试验效果来看:采用FLUENT数值模拟方法确定走向高抽巷位置是可靠的,布置合理的走向高抽巷具有抽放瓦斯浓度高、瓦斯抽放量大和稳定性好的优越性,能有效地解决综采工作面和上隅角瓦斯超限问题,以确保矿井安全生产;抽放参数可在类似矿区加以推广应用,安全效益、经济效益和社会效益明显.     

阳逻电厂冷却水数值模拟研究

近年来随着人们对热污染问题的重视,需要预测和评估电厂冷却水对受纳水体的影响.针对武汉阳逻电厂四期扩建工程,应用基于曲线网格的平面二维水动力水温数学模型,对冷却水出流后的流场及温度场进行了预测,给出了工程热污染影响范围.在此基础上提出了降低电厂冷却水热污染影响的两点建议,即在工程允许范围内可适当降低长河出口河床高程,同时长河出口平均河宽在130 m对减小热污染影响是有利的.     

PVC电缆全尺寸燃烧试验与数值模拟研究

在利用锥形量热计测试方法获得电缆燃烧热、点燃温度等火灾数值模拟参数基础上,利用FDS数值模拟软件对电缆全尺寸试验平台电缆燃烧试验进行模拟.对比模拟结果与试验结果发现,热释放速率、温度等参数吻合较好.热释放速率到达峰值时间试验值为231 s,模拟值为243 s; 热释放速率峰值试验值为53 kW,模拟值为55 kW.研究表明,利用数值模拟对电缆燃烧过程进行精确模拟是可行的.     

高温高湿造纸工业厂房热湿环境实测与分析

为了得到高温高湿造纸工业厂房内温湿度分布规律,对不同地区、不同季节的5个造纸厂房热湿环境进行了现场实测与调查.通过对测试数据的分析,得出厂房温度沿高度方向分层分布的规律,而且夏季温升明显大于冬季温升.推导得出造纸厂房6 m高度以内冬夏季温度在垂直方向上随高度变化的拟合关系式. 发现相对湿度与含湿量随高度分层分布的特性,但两者并不完全一致,且两者分布规律与厂房纸机设备散湿量及其散湿方式密切相关. 总结出对人体有害的工作区域.所得到的温湿度分布规律为优化造纸车间通风系统设计、改善工人工作环境和设备运行环境提供了参考依据.     

池火灾环境下石化管廊管道热响应规律数值模拟

以上海化工园区某段管廊为研究对象,采用FDS软件构建在池火灾环境下石化管廊管道模型,研究石化管道在池火灾下的受火过程及管道热响应规律。结果表明,火灾功率对池火灾影响最大;随着火灾功率的增大,池火上方管道达到最高温度时间缩短,温升速率增大,管道位置对于温度上升的影响逐渐减小,不同位置管道的温差呈现先增加后减小的趋势;当风速大于1 m/s时,风速每增加0.5 m/s,管道峰值温度降低20%;增大油池尺寸可有效增强火焰对油池位置偏移的抗性;并根据石化管廊管道池火灾下热响应规律,建立管廊管道温升公式。     

煤层露头自燃火灾演化规律数值模拟研究

为解决煤层露头自燃所引起的资源浪费和环境污染,以新疆台勒维丘克煤层露头为研究对象,采用数值模拟方法研究煤层露头在火风压、火风压及外部风压作用下的自燃演化规律,为治理火区和保护环境提供依据。研究表明:火风压作用下,风流最大流动速度0.729 m/s,火风压最大达到170.2 Pa;火风压与外部风压联合作用下,煤层露头动力系统是负压通风系统,在漏风速度为0.2 m/s时,研究5个典型位置的温度、氧浓度、速度及压力的变化规律;并分析孔隙率、漏风速度对煤层露头自燃火灾的影响,说明大孔隙和漏风供氧为火灾大规模发展提供有利条件。研究成果对治理火区及保护生态环境奠定坚实基础。     

电缆隧道火灾数值仿真及分析

电缆隧道灭火以及人员疏散的关键,在于对灾变条件下隧道火灾参数变化的正确预测,特别是火焰、烟气蔓延范围,烟气浓度变化以及有毒气体的扩散范围等参数的预测。为了获得电缆隧道火灾参数,应用美国国家标准和技术研究院(NIST)开发的FDS(Fire Dynam ics Simulator)软件,建立电缆隧道模型,对隧道火灾进行全尺寸模拟,通过对模拟实验数据处理和分析,给出电缆隧道火灾时烟气浓度和氧气浓度,纵向温度的变化规律,火焰蔓延情况以及高温烟气在隧道中水平蔓延规律,为有效救援和紧急疏散以及消防决策提供一定依据。     

危险性重气介质在隧道内泄漏扩散数值模拟

采用CFD软件Fluent对隧道内运载危险性重气(氯气)的槽罐车在行驶过程中发生小孔泄漏导致的氯气扩散进行了数值模拟,得到危险性重气质量浓度随时间和空间的变化规律,分析了泄漏源位置改变产生的不同释放方式以及车体不同行驶速度对危险性重气泄漏扩散的影响。研究结果表明,在相同条件下,车子的速度越大,氯气泄漏产生的危害性越小;泄漏孔位于车体后部比顶部更危险,产生危害更大;泄漏后不同时刻隧道内危险距离及造成损失不同,对泄漏危险距离进行了分析和确定,得出了不同条件下的死亡半径和重伤半径。研究结果可为隧道内有害重气介质泄漏扩散引发的事故的预防和控制提供借鉴。     

纵向通风下坡度隧道火灾烟气特性数值模拟研究

为探讨纵向通风情况下坡度隧道火灾烟气的温度分布、回流长度等特性参数,运用火灾动力学模拟软件FDS建立一个长为500 m的公路隧道模型,对不同坡度、不同纵向通风速率的20组火灾工况进行模拟研究,通过分析各工况的模拟结果,并结合前人在隧道火灾烟气特性研究方面的成果,得到火灾情况下隧道内烟气的纵向温度分布规律、隧道拱顶温度变化规律、温度偏移及烟气回流长度变化规律等。     

活塞风对地铁隧道内烟气扩散特性影响的数值模拟

研究目的是探索地铁列车活塞运动所造成的隧道内三维非均匀初场对列车火灾烟气扩散特性的影响。采用计算流体力学(CFD)方法模拟列车从运动到停止于隧道中的过程,通过将瞬时计算域内三维速度场经过数据转换和传递作为进一步模拟火灾烟气扩散过程的初始条件,检验有效疏散时间内列车附近疏散空间的安全性,并将模拟结果与静止初始条件下的模拟结果进行对比。模拟所采用的三维非均匀初场更接近于真实的物理过程,使模拟结果更有助于揭示实际火灾过程的本质。模拟结果显示列车运动所造成的惯性气流对火灾早期烟气扩散有显著的影响,所采用的研究方法和结论能为制定更加可靠和安全的火灾应急预案提供理论依据。     

地铁隧道电缆阴燃时优化通风的数值模拟

地铁隧道电缆阴燃火灾相比明燃火灾,具有更高的隐蔽性和更大的危害性。根据地铁隧道电缆的阴燃特点,采用数值模拟方法,对阴燃电缆热解产物在不同通风模式下的毒害性分布进行研究。结果表明,隧道断面2 m/s的送风风速并不能最大程度地确保疏散人员的安全,而与列车驶入时刻满足三次多项式关系的最优送风风速,可以使列车内安全距离达到最大,且不会影响到人员的安全疏散。     

自燃火灾巷道烟流的数值模拟及安全评价

笔者以铜坑矿为工程实例,利用矿井火灾巷道烟气流动所遵循的基本守恒方程组和控制方程组,对烟气流动特性进行数值模拟,得出了自燃火灾巷道内烟气流动的速度场、温度场详细分布情况。并采用预计热舒适指标(PMV)、预计不满意百分比(PPD)对巷道中的空气质量进行了安全评价。结果表明采用数值模拟法对于研究矿山自燃火灾巷道内烟气流动的运动情况更为直观,可视化强;采用的热舒适度评价指标更突出了以人为本。通过模拟计算结果,可以为铜坑矿地下火和毒气蔓延的控制以及火区特大事故应急救援预案的制定提供技术依据。     

木材燃烧温度场数值模拟

木材是一种很重要的可燃物,在燃烧过程中产生的热辐射和烟气会对周围的环境造成重大的不利影响。应用数值模拟方法对木材燃烧产生的温度场进行研究,通过设置模拟参数,构建燃烧产生的温度场,设置了温度测点和温度切片,并将模拟结果通过二维和三维图表达出来。该项成果可为可燃物燃烧的研究提供一定的参考数据。     

充水溶洞对隧道围岩稳定性影响的数值模拟

为探讨充水溶洞中水压对隧道围岩稳定性的影响,利用岩石破坏过程渗流-应力-损伤耦合分析软件F-RFPA~(2D),对隧道底部含充水溶洞的围岩破坏过程进行数值模拟研究,并与岩体中存在裂隙时隧道围岩的破坏过程作对比。结果表明,水压的增加使溶洞与隧道间的岩体逐渐产生裂纹,并不断延伸,最终使隧道与充水溶洞贯通;岩体中裂隙的存在改变了裂纹的扩展方向,加速了隧道底部围岩的破坏进程;实际工程中应将隧道底部围岩垂直方向上的位移变化作为事故发生的前兆,制定相应的预防措施,避免事故的发生。     

高能-钝感复合装药结构冲击波感度数值模拟

为得到复合装药结构对冲击波感度的响应情况,采用显式有限元程序AUTODYN对高能炸药和钝感炸药的复合结构进行隔板试验的数值模拟。分析被发药柱内部的压力时程曲线,并据此判定是否发生爆轰,继而得到反映冲击波感度的隔板值。模拟结果显示复合结构尺寸与冲击波感度的非线性关系,拟合得到的公式可为工程中装药结构设计提供参考依据。这种结构用于战斗部装填设计,能够提高战斗部在冲击波载荷下的安全性。     

一种翼缘弯折式剪切型软钢阻尼器试验研究与数值模拟

为改善普通剪切型软钢阻尼器在翼缘与连接板焊缝处应力集中问题,提出了一种翼缘弯折式剪切型软钢阻尼器。通过低周反复试验和ABAQUS有限元模拟,对阻尼器的基本力学性能和疲劳性能进行研究。数值模拟分析和试验结果大致贴合,改良后的阻尼器性能稳定,耗能效果明显,能进行较大位移的剪切变形,具有一定抗疲劳能力。该阻尼器构造简单易于制造,可为相关研究提供参考。