矿井巷道火灾烟流逆退数值模拟及临界风速研究

为了研究矿井发生火灾后高温烟流的蔓延规律及影响因素,利用COMSOL软件对火区进行数值模拟,建立巷道三维模型,得到火区风流速度与温度分布。通过改变边界条件,分析火风压作用下,火区烟气在不同控制风速、巷道条件作用下蔓延规律,得出不同因素与临界风速的关系,为选取合理的火灾控制风速提供理论依据。研究结果表明:火源温度一定时,巷道入口风速越低,火源下风侧高温烟流越靠近巷道顶部,随着风速增大,向巷道下部蔓延;风速较低时,在火区火风压的作用下,会产生烟流逆退现象,随着风速的增大,逆流层长度和厚度随之减小;巷道入口通风条件不变时,火区温度越高越容易产生烟流的逆退,影响范围越大;巷道高度越高、上行风坡度越小,越易发生逆退现象;不同影响因素与巷道平均温度不成正比关系,其中下行风坡度5~15°时巷道平均温度较高且易于发生烟流滚退现象,影响范围较大;火源温度、巷道条件与临界风速的数据拟合结果对预测巷道的临界风速有较好的参考价值。     

基于人工神经网络的气体泄爆最大超压预测研究

为解决传统经验公式在预测气体泄爆中最大超压出现时的较大偏差或过于保守的问题,提出使用人工神经网络预测气体泄爆最大超压。基于124组实验数据,采用BP与RBF神经网络,通过优化算法计算与迭代循环对泄爆样本中的影响因素进行降维与选择,并确定2类神经网络本身在学习与计算气体泄爆样本时的相关参数。结果表明:PCA（主成分分析法）在当前样本条件下的降维效果较差,而通过迭代对比确认气体泄爆样本中的5类特征全部保留时神经网络的训练模拟效果最好;通过对124组实验数据进行随机挑选训练集与测试集的训练模拟结果发现,神经网络对气体泄爆中最大超压的预测效果较好;通过对比Molkov提出的和经Fakandu等改进的NFPA 68经验公式以及2类神经网络的预测结果表明,神经网络相比于传统气体泄爆经验公式具有明显优势。     

缝洞型管道瓦斯爆炸特性数值模拟研究

为探究采空区遗煤、松散破碎岩块对瓦斯爆炸的影响,建立缝洞型管道模型,采用数值模拟与理论分析结合方法研究采空区内缝洞型管道内瓦斯爆炸的传播规律及管道长径比对瓦斯爆炸过程中速度与冲击波的影响。研究结果表明:在缝洞型结构内,随着火焰沿管道向前传播,各监测点速度逐渐变大、压力先增加后降低,而压力上升速率则表现出不规则的变化;缝洞结构加剧了火焰燃烧的剧烈程度,提高了管道内各监测点的温度峰值;在缝洞型管道内随长径比r增加,各监测点最大压力峰值以及速度大小依次降低。     

PEMFC电堆简易模拟器

当针对PEMFC电堆的能量转换及热特性,立足于PEMFC测试应用。采用电力电子技术实现动态电能及膜片电压生成;跟随物料平衡算法,可实时调节水、温及信号参量拟合,简述了一种PEMFC电堆简易模拟器实现。     

东北某企业地下水中挥发酚运移模拟

以东北某化工企业为主要研究对象,对该区域内的地下水进行了调查。作为典型案例,通过对该 场地区域内地下水的调查研究,分析其地下水中挥发酚类物质对环境的影响,在此基础上建立地下水数值模 型,预测挥发酚类物质的迁移程度。结果表明：该场地区域内地下水中污染物主要为挥发酚类物质;通过对厂 区内10a的溶质运移模拟,对比1,5,10a后的挥发酚分布情况,场地内的挥发酚并不会影响到下游流域;10a后,挥发酚的浓度集中在0.002～0.1mg/L,较现阶段发生了明显的降解效应。     

波浪与抛石潜堤相互作用的MPS法数值模型研究

为了研究波浪与抛石潜堤相互作用过程中大自由表面变形和堤内渗流等强非线性紊流运动问题,利用改进的MPS法,建立了模拟波浪与抛石潜堤相互作用的MPS法数值计算模型。模型将抛石潜堤假定为均质多孔介质,采用Drew的二相流运动方程描述多孔介质内外的流体运动;通过在动量方程中增加非线性阻力项,并引入亚粒子尺度紊流模型,模拟波浪与可渗结构物相互作用过程中的紊流运动。选取“U”型管中多孔介质内渗流过程和孤立波与可渗潜堤相互作用两个典型的渗流问题,通过将数值计算结果与理论解和实测值的对比分析,对所提出的MPS法紊流渗流模型的模拟精度进行验证。结果表明：基于改进的MPS法构建的垂向二维紊流渗流模型可以很好地再现 “U”型管中多孔介质内渗流以及波浪作用下可渗潜堤内外的复杂流场,显著缓解流-固界面处的压力震荡与粒子分布不均匀问题,实现了较高的模拟精度。     

改性土-膨润土阻隔墙阻控离子型稀土矿氨氮污染

以土-膨润土为阻隔材料,使用硅灰及水泥对其进行固化改性,研究改性后阻隔墙对离子型稀土矿原地浸矿氨氮污染的阻控效果。通过了解阻隔墙材料的渗透性能、力学性能,并结合阻隔材料对氨氮的吸附效果、穿透效果和数值模拟结果,探讨改性土-膨润土阻隔材料对氨氮污染的阻控性能。结果表明:硅灰改性土-膨润土阻隔材料,最佳质量配比为硅灰∶土=1∶10,最佳含水率为67.80%;改性阻隔材料生成的铝硅酸盐提高了阻隔墙防渗性能,渗透系数为2.36×10~(-9) m·s~(-1);CaCO_3提高了材料的力学性能,使抗压强度达到0.896 MPa;改性阻隔材料对氨氮的吸附过程符合准二级动力学模型及Langmuir等温模型。这说明该吸附过程以化学吸附为主,并且该吸附是放热过程。在不同氨氮浓度的穿透下,渗透系数呈逐渐减小的趋势,实验期间并未达到穿透浓度。利用Visual MODFLOW数值模型对阻隔墙的阻控效果进行模拟发现,7 300 d后NH_4~+扩散范围小,未穿透阻隔墙。硅灰改性土-膨润土阻隔墙用于对离子型稀土矿氨氮污染阻控的效果较好。     

滨海软土中爆炸冲击对盾构隧道的影响研究∗

随着地下工程与城市管网的布设日益发展,在规划设计阶段往往需要考虑潜在发生的安全事故影响,确定安全距离。利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,结合天津滨海新区饱和软土特点,分析了可能发生的燃气管线爆炸所产生的冲击荷载对土中埋置盾构隧道的结构安全影响。运用有限元数值模拟,得到了隧道与管线的间距—隧道结构振速峰值的曲线关系;通过对标相关规范的振速限制,得到不同燃气压力下隧道—管线的安全避让距离关系。结果表明:随着燃气管道压强的增大,隧道—管线的安全避让距离呈现先增大后平稳的趋势。结论对于爆破与防护工程设计均具有重要的参考价值。     

多情景下珠江三角洲地区土地利用变化对生态系统服务的影响预测

土地资源的有序开发是区域可持续发展的基础,针对未来不同情景下土地利用变化对区域生态系统服务的影响进行科学评估与预测,可以为城市可持续发展规划提供科学参考。以珠江三角洲(珠三角)地区为研究区域,采用PLUS模型模拟不同情景下土地利用变化,结合InVEST模型对各情景下产水量、土壤保持量、生境质量、碳储量和水质净化服务及其变化进行预测,构建综合生态系统服务指数从空间上反映各生态系统服务供给量,分析2040年不同情景下土地利用变化对生态系统服务的综合影响。结果表明：(1)PLUS模型模拟精度较高,可用于合理预测珠三角土地利用变化。(2)在自然发展情景下,仅土壤保持服务供给水平得到提高;在城市发展情景下,除水质净化服务损失严重外,其他服务供给损失变化与自然发展情景相似;在生态保护情景下,生境质量和碳储量提升幅度最大,而产水量下降幅度最大;在可持续发展情景下,水质净化能力损失最严重。(3)2040年不同情景下珠三角综合生态系统服务指数空间分布格局相似,与2020年相比,生态系统服务总体水平将有所提高,但整体上预测平均值较低。该研究可为未来珠三角土地利用规划提供参考建议,为协调土地利用与生态保护管...     

长大深埋铁路隧道地下水流场演化与恢复预测研究

长大深埋隧道穿越富水地质环境时,易造成区域水环境变化。拟建运三铁路中条山隧道要穿越多条断层破碎带,地层含水量较大,地质条件复杂。采用GMS地下水模拟软件,构建了隧址区三维水文地质结构模型,模拟预测隧道建设施工与运行期的地下水流场分布及恢复情况。结果表明：运三铁路隧道建设排水会形成沿隧道轴线的降落漏斗,区域地下水位平均降深20～40m,最大降深达200m, 3年建设期造成水量损失6.2×10⁶m³。隧道运行稳定排水后,地下水流场可在1年时间内恢复至初始形态,区域流场10年后基本恢复,但隧道周边仍存在约30m的降落漏斗,水资源量将恢复至建设前水平。数值模拟较好地揭示了长大深埋铁路隧道地下水涌水量、影响范围、恢复周期等规律,可为拟建运三铁路中条山隧道的水环境效应评价、恢复与防治提供科学支撑。