藻类光竞争模型构建及水体紊动对竞争的影响

光是藻类进行光合作用的重要能量来源,决定藻类的初始生产力,当多种浮游藻类共同生存时,会一起竞争光强.光竞争能力强的浮游藻类浓度增加,光竞争能力较弱的则减少,从而完成水体中浮游藻类优势藻的替代.本文通过在以往建立的单藻模型的基础上,耦合入竞争模型,构建两种（多种）浮游藻类光竞争模型,尝试通过数值模拟,研究不同水体紊动中竞争藻属分别取得竞争优势的机理.模拟结果表明：稳态水体中,竞争藻属的自身垂向迁移决定藻浓度的垂向分布,具有浮力调节能力的微囊藻属占据上层水体优势地位,并取得竞争优势;动态水体中,竞争藻属垂向分布均较为均匀,生长速率决定藻的竞争优势,小球藻属生长速率快,最终易取得竞争优势.此外,考虑浮游藻属的动态自遮蔽,会加速稳态水体中微囊藻属取得竞争优势,并限制动态水体中小球藻属的无限制生长,使得模拟结果更加符合实际情况.     

火焰撞击受限顶棚条件下顶棚最高温度数值模拟研究

顶棚下方最高温度是隧道火灾发展蔓延时的重要参数。针对火焰撞击顶棚并受到顶棚侧墙限制的强羽流驱动的顶棚射流,利用FDS模拟了18种缩尺寸隧道火灾工况,研究了顶棚下方最高温度随着火源功率、火源与顶棚距离的变化规律。结果表明:火焰撞击区域附近顶棚下方温度随着火源功率的增大而降低,随火源与顶棚距离的增大而升高;相反,在远离火源区域顶棚下方的温度随火源功率增大而升高,随火源与顶棚距离增大而降低;同时,通过分析隧道中心面上顶棚下方温度分布规律,提出了火焰撞击受限顶棚时顶棚下方最高温升的预测模型,研究结果能为实际的隧道消防提供一些参考。     

考虑不同场景的砖木结构古建筑火灾特征研究

为探明砖木结构古建筑火场下的特征,定量分析不同火灾场景下,建筑内部温度、烟气浓度等参数的变化。选取中国北方典型的砖木结构体系的四合院韩城党家村贾祖祠为研究对象,采用PyroSim建模分析,研究不同火灾场景下不同时间点的温度、CO浓度、能见度等变化。研究结果表明:贾祖祠主厢房较封闭,火灾中火源周围温度峰值可达750 ℃,CO质量浓度达到0.003 kg/m3,能见度几乎为0 m,风速最高为10 m/s且极不稳定;四合院中主厢房空间布局高,火灾中这些参数的影响会导致严重的轰燃现象发生,故此处发生火灾更易产生严重危害。对不同场景的砖木结构古建筑重要火灾因素发展规律的研究,能为古建筑的性能化防火提供科学参考依据。     

城市综合管廊燃气舱室输气管道泄漏扩散规律研究

为了掌握输气管道在城市综合管廊舱室泄漏扩散的基本规律,采用FLUENT软件,针对管廊正常通风—泄漏报警—事故通风—警报解除的全过程进行动态分析。首先在正常通风速度建立的稳态风场中,模拟天然气在不同管输压力下发生小孔泄漏后的报警时间,根据首个响应的报警器的位置判断泄漏源位置。结果表明,当泄漏孔径为20 mm,通风速度为1.92 m/s,且泄漏源处于2个报警器中间时,管输压力为200,400,800 kPa时对应的报警时间分别为10.4,6.7,4.5 s。事故通风速度下,对不同管输压力的天然气扩散进行分析,当天然气朝逆风侧扩散时,随动量逐渐减小而到达不同的边界坐标。同时,环境大气压的降低不仅会缩短报警器的首次报警时间,还能延长总扩散距离。预测所得的天然气爆炸上下限浓度区移动速度有助于动态了解处于爆炸上下限浓度之间气体的实时位置。解除报警时间与进风口风速呈近似线性关系,可为现场救援队伍选择经济通风量提供理论指导。     

大尺寸通风管网中障碍物对瓦斯爆炸冲击波传播特性影响的数值模拟

为了研究大尺寸通风管网中的瓦斯爆炸传播规律,采用数值模拟方法,针对具有不同障碍物数量的大尺寸通风管网模型,利用Fluent分析管网中各个监测点的超压变化曲线以及障碍物附近的速度矢量图,分析爆炸冲击波传播规律。研究结果表明:初期瓦斯爆炸后,障碍物的存在改变了通风管网内未燃瓦斯的积聚区域;高温和高压发生耦合作用,在氧气相对充足的进气管道中形成二次爆炸;障碍物与火焰波以及管网自身结构变化等多种因素形成复合作用,改变了通风管网内瓦斯爆炸冲击波的传播路径和叠加区域的位置;无障碍物时高压区域出现在进气管道中,有障碍物时高压区域出现在中部直管与斜管的交汇处附近,且数值相对较大。     

基于ABMS的矿山监管Agent工作倦怠现象的仿真研究

基于Agent的仿真建模方法（Agent based modeling and simulation,ABMS）和资源保存理论(conservation of resource theory,COR),构建了多Agent仿真模型,通过确定监管Agent、决策支持Agent、职能配合Agent和矿工Agent及其属性,借助Netlogo仿真平台模拟决策支持力度、职能配合程度以及矿工行为选择对监管Agent工作倦怠的影响,可以输出情感耗竭、人格解体和个人成就3个维度下监管Agent的数量。研究表明:决策支持系数Sc对监管Agent工作倦怠现象影响最大、处理有效性系数Ec影响次之、职能配合系数Fc影响最小,多Agent仿真模型促进了矿山监管Agnet工作倦怠现象的量化分析研究,为矿山安全治理提供了有效的决策依据。     

基于NetLogo平台的室内学生疏散过程仿真研究

为了保证学生在突发事件发生时能够安全迅速的疏散,本文基于多主体仿真平台NetLogo,利用瓦片建立真实教室模型,赋予海龟自主移动能力,对不同出口条件、不同人数的教室内学生疏散过程进行了模拟。计算结果表明,随着学生人数的增加,疏散用时随之增大,双出口条件学生疏散用时较单出口条件可平均节约53.8%,可提高学生的安全逃生概率,并利用计算结果对教室出口条件进行了优化。     

复杂结构隧道火灾烟气逆流与温度分布的数值模拟

隧道结构对火灾具有一定的影响,为了得到大曲率、变坡度复杂结构隧道火灾的烟气特性,依托深圳市某长大公路隧道建设工程,建立隧道模型,利用Star-CD/CCM^+数值模拟软件的烟火向导模块,对不同通风速度下的重型货车火灾进行了模拟研究,分析了不同通风速度下隧道内的纵向温度分布规律。结果表明:火灾热释放速率为30 M W时,无通风条件下,火灾烟气的最高温度位于隧道顶棚下方20 cm处,火源正上方的温度最大达到1190℃,隧道坡度的存在使得火源上游烟气逐渐向下游扩散,下游烟气温度在300 s后保持在500℃以上,该高温会对隧道结构造成一定的损伤;控制烟气逆流的临界风速为4.0 m/s,大于由Wu&Baker经验公式得到的值.表明隧道曲率对流场运动有一定的抑制作用;在该临界风速的作用下,烟气向火源下游扩散,扩散速度为6 m/S,烟气的最高温度降低至550℃,且位置向火源下游偏移6 m。建议火源下游行驶车辆的疏散逃生速度大于6m/s。     

过渡流下三列圆柱传热特性的数值模拟

为了研究过渡流状态下管外流体流动与传热特性的影响因素,利用基于复合网格系统的计算方法,对不同横向间距比与纵向间距比下的三列交叉圆柱列进行数值研究。研究结果表明,纵向间距一定时,横向间距对旋涡的位置及强弱有显著影响,且因上游圆柱不稳定性尾流对下游圆柱的洗刷作用使圆柱列存在一个最佳横向间距使换热效果最佳;横向间距一定时,三列交叉圆柱列的换热效果均随纵向间距的增大而递减。     

边界层方案对山西冬季一次静稳天气PM_(2.5)浓度模拟的影响

准确的空气质量数值预报模式依赖于精确的气象条件模拟,尤其依赖于大气边界层的准确模拟.为理解边界层过程如何影响空气污染物的传输与混合,利用WRF-Chem模式不同边界层方案(YSU和MYJ)进行敏感性试验,针对山西冬季典型静稳天气,对地面温度场、地面风场、PM_(2.5)浓度及边界层内部的动力和热力层结进行模拟分析,并与观测资料进行对比,分析不同PBL方案对于气象要素和PM_(2.5)浓度分布的模拟能力,探讨边界层内部热力层结和湍流输送差异对PM_(2.5)浓度模拟的影响.结果表明:2种边界层方案均能较好模拟出冬季静稳天气背景下地面温度、风速及PM_(2.5)浓度的空间分布和日变化特征,气温模拟的较大误差主要出现在夜间,而地面风速和PM_(2.5)浓度的模拟结果在午后误差较大;相对于YSU方案,局地MYJ方案模拟的温度、风场和PM_(2.5)浓度的误差更小,模拟结果更接近于实况观测.地面PM_(2.5)浓度的模拟误差可能与近地面逆温层、混合层及地面风速等的模拟误差有关;不同边界层参数化方案导致的边界层内热力层结和湍流输送的模拟差异,可能是影响近地面PM_(2.5)浓度模拟差异的主要原因;夜间MYJ方案逆温层厚度较厚,地面PM_(2.5)模拟浓度较低;午后MYJ方案混合层高度较低,加之地面风速较弱,导致地面PM_(2.5)模拟浓度较高.