实验室煤与瓦斯突出模拟试验回顾及展望

为借鉴国内外煤与瓦斯突出模拟试验研究成果,查阅大量相关文献,进行分析和总结。以人们对煤与瓦斯突出试验研究的深入程度为主线,将实验室煤与瓦斯突出模拟试验的研究历程进行阶段划分。研究表明:20世纪50—60年代,成功诱导了突出,初步考察诸因素对突出的影响;70—90年代,深入探究突出发生的力学判据及突出过程,并提出数十种有关突出机理方面的假说;21世纪初,以组建三维模拟试验台进行试验为特点,大大提高了模拟试验条件与现场的相似度,但在力学加载系统的稳定性和可调性、模型的整体密封性、测试探头的精度等方面仍需改进。     

某高层建筑条形走廊排烟口布置方式的研究

火灾中烟气具有很高的温度和毒性,是人员安全的最大威胁.高层建筑发生火灾时,走廊是烟气扩散的重要途径,同时也是人员逃生的必经之路.通过建立高层建筑内烟气流动的数学模型,采用κ-ε双方程三维紊流模型,利用Fluent软件对高层建筑火灾时不同排烟口布置方式下的机械排烟进行模拟.对比分析了高层建筑条形走廊内单排烟口置于走廊顶部、侧壁和采用双排烟口时的机械排烟效率以及走廊内的烟气扩散状况.结果表明,排烟口置于顶棚时比排烟口置于侧壁时排烟效率高近10%,采用双排烟口比单排烟口排烟效率高约7%.在前室门附近设置排烟口,一方面减少了新鲜空气向火场的输送,提高了排烟效率;另一方面,可以在前室门附近的走廊内形成一段危险性较小的区域,有利于人员安全疏散.     

珠三角地区城市雨洪过程模拟与计算——以佛山市南海区北村水系为例

受城市化快速发展及其内在的土地利用、水系调整、高架桥建设等复杂因素影响,城市降雨、入渗、蒸发、径流及其污染物输移过程已发生很大改变,由此导致的城市内涝与水环境污染等问题已经成为制约当地经济社会可持续发展的重要因素.基于城市雨洪径流传输过程模拟模型SWMM(Storm Water Management Model)对广东省佛山市南海区北村水系雨洪过程进行模拟计算,分析得到不同降雨和土地利用条件下北村水系雨洪可利用量及径流过程、地表污染物入河量及输移过程规律.结果表明,随降雨频率的减小,北村水系主要控制点的径流总量增大,面源污染物总量增大,通过增加城市绿地面积可以有效地减少洪水总量以及消减洪峰流量.     

蒙特卡洛模拟方法在苯致癌风险评价中的应用

在将PBPK模型与剂量-反应的多阶模型相结合用于苯职业暴露的致癌风险评价研究的基础上,首先利用Euler数值解法,借助Excel电子表格对模型进行求解;然后针对风险评价中存在的不确定性,采用Crystal ball软件的蒙特卡洛模拟方法对致癌风险进行概率分布规律研究;通过实地收集数据,使用该方法对某涂料生产项目进行苯暴露致癌风险定量分析.理论分析和实地验证表明,该方法计算出的风险值符合实际发病情况.该方法可以定量评估对人体有害的职业暴露危险源,提供工人致癌风险的概率数据.     

2008年湖南低温雨雪冰冻天气分析与数值模拟

利用湖南省地面观测站点资料、探空资料、NCEP再分析资料及海温资料对该省2008年1月中旬至2月上旬异常低温雨雪冰冻天气形成原因进行了分析,结果表明:长时间的大气环流异常是造成此次低温雨雪冰冻天气的主要大气环流背景;温度的垂直结构分析表明,925~700hPa长时间存在强的逆温层,为冰冻提供了有利的形成环境;海温异常对气温有一定的影响作用,在拉尼娜起始年,湖南冬季平均气温偏低,出现冷冬的概率较大。通过中尺度数值天气预报模式MM5的模拟,也间接印证了冰冻的形成过程。最后,针对此异常低温雨雪冰冻天气发生特点,提出在气候变暖的大背景下仍要加强冬季极端气象灾害的研究和防范,同时加强和完善灾情上报制度。     

基于ArcGIS技术的桥梁隧道地震灾情场景模拟系统

针对我国地震应急指挥和抗震救灾工作的实际需要,运用ArcG IS技术研制了桥梁隧道地震灾情场景模拟系统。基于地震应急基础数据库和设定的地震参数,考虑地震动影响场和不同类型桥梁隧道的抗震性能,可对震前和震后公路桥梁隧道通行能力场景进行较为准确的模拟,亦可为地震现场救援指挥工作提供辅助支持。     

基于洪水演进数值模拟的溃坝危害性快速评估

采用部分溃坝模型与堰流相交算法计算溃坝最大流量,并基于四次抛物线概化方法得到溃坝洪水的流量过程线;利用洪峰展平法将洪水波概化为三角形,对洪水演进过程进行模拟,分析溃口宽度和溃口形态对洪水演进过程的影响;研究考虑不同溃坝条件下对溃坝洪水的到时、最大流量、水深和洪水历时等洪水演进的主要参数的快速估算方法,以实现对地震可能引发不同溃坝事件危害性的快速评估。     

基于Voronoi-Random算法微观结构褶型过滤介质过滤性能

在利用数值模拟研究褶型纤维过滤介质过滤性能时,为了克服层状结构纤维层与层之间不连贯及孔状结构纤维规整分布的不足,本文基于Voronoi-Random算法建立了褶型纤维过滤介质模型,并通过加密或减少纤维数量改变其固体体积分数(SVF).采用“Caught on first touch”和“Hamker”两种碰撞模型对褶型纤维过滤介质的气-固两相流动进行数值模拟.结果表明:压力损失和过滤效率数值计算值与经验关联式计算值吻合较好,误差在15%之内;将采用两种碰撞模型得到的过滤效率与经验关联式计算值进行比较,得出采用“Hamker”碰撞模型得到的过滤效率符合实际;在过滤介质上的沉积颗粒并不完全是纤维捕集,大多数颗粒是由形成的树枝状结构捕集;压降和单位面积沉积量随过滤时间的增长呈现指数增长趋势.     

原位渗透管式气体监测预处理装置的研制及应用

针对现有工业过程气体在线测量预处理方式存在的系统复杂、维护量大、测量延时等问题,基于微孔陶瓷物理特性及空气动力学原理研制了原位渗透管式预处理装置。该预处理装置主要包括光学端和渗透管腔体,当待测气体流经渗透管时,由于绕流作用在来流方向壁面前后形成压差,在压差作用下,气体经过渗透管过滤后进入管内进行激光测量。首先采用CFD数值模拟方法对气体管道和微孔陶瓷渗透管耦合流域进行了流场模拟,发现在单一变量条件下,气体更新速率随着流速和内径的增大而提升,随着外径的增大而降低;然后搭建实验装置进行了实验验证,与流场模拟结果一致;最后进行了原位渗透管式预处理装置研制及现场应用,并采用便携式分析仪进行了对比,发现二者误差<2%。与现有预处理装置相比,渗透管腔体安装于管道内,测量环境与管道工况一致,且取样路径短,可以实现工业过程气体高保真快速在线监测。     

有机污染土壤堆式热脱附过程中热湿迁移试验及数值模拟

堆式燃气热脱附技术因具有二次污染小、污染物去除率高和处理周期短等优势而得到快速发展. 土壤中的水分是影响堆体热修复过程中土壤升温的关键因素,然而其热湿迁移机理尚不明晰,工程设计主要依赖于实践经验. 该研究以山东省某污染场地的砂质壤土开展堆体热湿迁移试验,结合COMSOL仿真模拟,系统分析加热过程中土壤温度和湿度在竖直及水平方向上的变化规律. 结果表明:热源附近土壤水分呈逐渐升高并出现短暂峰值(高于初始值10.9%)后再下降的趋势,水分峰值随温度提高而升高;热源温度越高,土壤中水汽的对流和扩散作用愈加明显,当热源温度由50.0 ℃升至100 ℃时,监测点体积含水量下降率由4.50%升至27.2%,且水汽的浓度扩散机制在水分迁移过程中占主导作用;对于相同热源作用下,初始体积含水量较高的土壤具有相对较高的温度变化,温升过程中对流传热以及热传导的作用更显著,当初始体积含水量由0.0700 m3/m3升至0.160 m3/m3时,监测点的温度由37.1 ℃升至40.0 ℃,其中多孔基体间的热传导作用占主导. 研究显示,堆体热脱附过程中土壤水分迁移规律与土壤体积含水量、距热源的距离、热源温度有关,且多孔基体间的热传导是引起土壤升温的主要机制.