过充电条件下锂离子电池热失控数值模拟

采用数值模拟方法研究了过充电流（1C、2C、3C和4C）对三元锂离子电池热失控行为的影响.基于多物理场耦合方法建立了过充电条件下锂离子电池三维电-热耦合模型,对电池发生热失控的临界时间,临界温度以及热分布进行了模拟计算.模拟结果与试验测量结果符合较好,各个测试点处的温度和热失控临界点的误差小于8%.过充电流对锂离子电池热失控的临界温度、临界时间以及电池内外部温差有较大影响:过充电流越大,电池发生热失控的时间越短,临界温度越高,区域温差越大,内外部温差越大.      

基于混合模型的锂离子电池热失控预判方法

锂离子电池在储能系统中已得到普遍应用,但其会由于热失控而产生自燃、爆炸等引发安全事故, 如何对储能锂离子电池热失控故障风险进行超前预测和判定是当前研究的热点问题。将电热物理模型与深 度学习模型长短期记忆模型(LSTM)相结合,提出一种基于混合模型的储能锂离子电池热失控预判方法。 通过收集电池运行数据,利用电池的电热耦合模型进行电池内部温度、荷电状态(SOC)的估算;同时,将电池 表面温度、电池电压、电池电流等参数共同作为 LSTM 的输入,利用混合模型精确预测电池的表面温度和内 部温度。通过阈值方法判定热失控的发生并确定诱发原因,从而实现对电池热失控的准确预测。基于公开 数据集的实验结果表明,提出的混合模型进行热失控预判具有较好的精确性和快速性,在实际工程应用中有 着较好的应用前景。     

EPDM阻燃热防护材料在锂离子电池热失控中的研究

研究了三元乙丙橡胶（EPDM）阻燃热防护材料配方中的阻燃剂、厚度对其性能的影响,以及在锂离子电池中的应用效果.结果发现具有阻燃配方的EPDM的背面温度低于未加阻燃剂的EPDM,随阻燃剂的加入和样品厚度的增加,EPDM的背面温度降低、阻燃性能提高.在火源温度为500℃的条件下,厚度为3,6 mm加阻燃剂的EPDM的稳定温度分别为185.1,165.7℃.选用厚度3 mm的阻燃EPDM作为锂电池组的热防护材料,电池热失控过程中仅1块电池发生爆炸,而未进行热防护的电池组中共有5块电池相继发生爆炸.以电池组为中心,在无热防护的锂电池组燃烧爆炸实验时,距电池组半径30 cm处圆形区域温度均受到电池燃烧爆炸的影响而达到高达300℃的高温,属于十分危险的范围;而在使用EPDM热防护材料对锂离子电池进行防护后,此区域的温度在20~28℃之间浮动,属于十分安全的温度范围.      

考虑电池产热的多孔介质复合相变材料的传热性能

高能量密度电池作为新能源汽车的主要能源，其热安全问题受到学者们的广泛关注，而电池热管理系统能有效防止电池热失控。该文基于相变热管理技术原理，构建多孔介质复合相变材料(CPCM)的传热与电池产热的耦合模型，利用数值算法与粒子图像测速技术(PIV)相结合的研究方法，开展了多孔介质复合相变材料中锂离子电池的产热规律及复合相变材料的传热性能研究。结果表明：多孔介质可以有效地加速相变材料的熔化进程；复合相变材料可以减缓电池温度的上升速率；电流强度对热管理系统的熔化进程、储热量以及储热效率有明显影响。复合相变材料可以提高电池内部散热效率从而减缓电池温度的上升。当考虑双体电池模型时，应尽可能在电池间保持一定的空间，从而有利于电池热管理系统的散热。     

基于多指标评估云模型的车载动力锂电池火灾风险研究

为了探究多影响因素下车载动力锂电池火灾风险特性,确保其安全运行,本文采用基于多指标熵权云模型的评估方法,探讨了不同风险层级下的风险指标隶属度特性,并提供了风险预防措施。结果表明,所选型号动力锂电池在风险等级Ⅲ以下的隶属度为0.684,风险整体处于可控范围;动力锂电池火灾风险事故中,发生可能性排名前五的风险指标中客观风险因素占80%,但客观风险因素发生的可能性小于人为诱发因素,后者平均维持在前者的62%左右;构建风险评估体系中电池类风险指标数达40%,其风险期望值相较其他风险因素低,可在电池生产阶段对所属的风险指标进行改进;电动汽车运行过程中对动力锂电池火灾风险影响最大的三个风险因素分别为气温过高、过充、事故撞击。     

基于FDS的运输类飞机货舱烟雾探测试验方法研究

运输类飞机货舱烟雾探测试验采用烟雾发生器产生模拟烟雾的方式来进行,为科学合理地验证货舱烟雾探测系统的有效性,开展货舱烟雾探测试验方法研究。首先采用火灾动态仿真（fire dynamics simulator,FDS）对美国联邦航空管理局（Federal Aviation Administration,FAA）开展的货舱火灾试验进行火灾烟雾数值模型验证;然后,以某型运输机货舱为模型进行建模,采用经验证的烟雾数值模型进行不同发烟位置、货舱通风/不通风、不同货舱环境压力等条件下货舱烟雾扩散规律研究和烟雾探测器对烟雾的响应研究。结果表明：当火源位于8位置时,烟雾探测系统响应时间最长,该处为最严苛火源位置;舱内烟雾扩散情况受货舱通风条件影响很大,通风条件下烟雾探测系统报警时间比无通风条件下长;货舱环境压力越低,货舱顶部的烟雾扩散范围越大,有利于烟雾扩散,烟雾探测器告警越短。最后,根据实际货舱烟雾探测试验条件,从烟雾量大小、试验工况、发烟设备、发烟位置点选择等方面设计该型飞机货舱烟雾探测试验方法。     

管道腐蚀泄漏火灾的贝叶斯网络推理模型研究

为了研究长输管道腐蚀泄漏及蒸气云爆炸事故的演化规律,通过对埋地管道内(外)壁腐蚀失效、燃气泄漏、气体云团扩散及蒸气云爆炸等4阶段事件进行分析,构建埋地管线腐蚀泄漏火灾的贝叶斯网络模型。研究网络结构中节点变量的取值范围及离散化方法,并基于对事故统计和专家分析判断,设定节点变量的先验概率,量化节点关联的条件概率分布。在对贝叶斯网络推理策略研究的基础上,考察节点变量对推理结果的敏感性,验证模型的合理性。结果表明,长输管道腐蚀泄漏及次生灾害事件过程具有较大的不确定性,主要体现在中间事件均具有多种状态,事故演化路径概率受模型输入条件影响较大。贝叶斯网络方法用于描述事故过程中间节点事件间的依赖关系有较大的优势,可以定量衡量事故风险的不确定性。     

对流换热系数考虑温度影响时对锂电池热扩散影响的数值分析

基于电化学-热耦合模型，以4节18650锂离子电池为研究对象，分析考虑温度效应时的对流换热系数对锂电池热扩散的影响及其程度。首先基于传热理论中的流体横掠顺排管束平均表面换热系数计算方法，计算得到不同温度和流速下锂离子电池表面对流换热系数，通过曲线拟合得到空气流速分别为0.05、0.1、0.2和0.3 m/s时对流换热系数与温度的函数关系，得出对流换热系数与温度不完全呈线性变化；其次基于以上函数关系，通过数值模拟分析了考虑温度效应时的对流换热系数对锂电池热扩散的影响。结论表明，考虑温度效应时的对流换热系数对锂电池温度场影响的程度不同。当空气流速分别为0.05、0.2、0.3 m/s时，锂电池的温度函数使锂电池放电过程中的温差变化均小于1%；但是当空气流速为0.1 m/s、锂电池放电至729 s时，考虑温度因素的对流换热系数的温度场比常数时的温度场下降了21.71%。该影响规律与不同流速下对流换热系数随温度变化相一致，也表明对流换热系数与流速、温度均有关，而且对流换热系数越大，锂电池越容易与外界空气发生热交换，锂电池放电过程中温差越小。     

ECMO氧合器膜丝阵列多相流动数值模拟与分析

为分析体外膜肺氧合技术(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)氧合器内膜丝排列方式对血液流动和气体输运的影响，该文选取某商用氧合器的轴截面为简化模型，采用基于沉浸边界(immersed boundary,IB)法的自编软件进行了稳态血液流动与多气体组分耦合输运的数值模拟。通过与商业计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)软件Fluent计算结果、已有文献结果进行比较，验证了所采用的数值方法和自编软件具有适用性。计算结果表明：在一定的孔隙率下改变膜丝排列方式和膜丝倾斜角将影响轴向和径向渗透率，会明显改变血液流动和气体输运的性能；具有径向交错和大倾斜角的膜丝排列能避免出口段大尺度旋涡，降低血液损伤风险。进一步分析可知，ECMO气体输运性能主要受膜丝排列方式的影响，且增大倾斜角有利于提升交错阵列的气体输运效率。该文研究可为实际工程中广泛存在的三维孔隙尺度多相流动数值模拟提供一定参考，为ECMO结构优化、临床运行中参数调整提供科学依据。     

基于动态贝叶斯网络的燃气管网燃爆风险分析

针对传统风险分析方法无法实现动态评估的局限性，提出了基于动态贝叶斯网络的燃气管网风险分析模型.基于管道失效原因与事故后果，构建了事故演变全过程网络结构，并运用马尔科夫理论将演变全过程与时间相关联，最终建立了动态贝叶斯风险分析模型.该模型基于贝叶斯理论进行泄漏、致灾模式及后果节点的概率计算，实现了对燃气管网事故的原因诊断及事故发展态势预测.以松原"7.4"燃气爆炸事故为例，应用本模型演示了燃气管网事故推演技术，结果表明:事故是由第三方施工破坏引发燃气泄漏，由于燃气在土壤中的扩散范围不断扩大，扩散范围内受限空间数量不断增加，人员活动情况也更加复杂，进而增大了燃气聚集与点火概率；结合事故现场条件，本模型对这起爆炸概率进行了推演，认为此次燃气爆炸概率将在泄漏60 min后达到42.3%，高于安全泄放概率；该结果与真实情况基本相符，进一步验证了模型的可行性与可靠性.      

火灾条件下气承式膜结构内压FDS模拟

以气承式膜结构为研究对象，利用火灾模拟软件FDS，在考虑亚格子网格中的气体渗漏的条件下，对气承式膜结构无火情况下内压的影响因素以及有火情况下内压的模拟方法开展了研究.结果表明，气承式膜结构的内压模拟应考虑进风量和渗漏面积影响，且进风量越大，渗漏面积越小，对应的内压稳定值越大.基于理论推导和数值模拟结果，得到了考虑进风量和渗漏面积影响的气承式膜结构内压预测公式，且公式预测结果与模拟结果吻合较好.对气承式膜结构有火情况下内压的模拟研究发现，点火时的内压、火源的热释放速率仅影响内压的变化过程，对内压的稳定值没有影响.因此，在内压为0Pa时引燃火源，可以得到火灾内压的极大值，并节约模拟时长.     

基于FLACS的汽油储罐可燃气体泄漏的流场分析

罐区油品储存量大，具有较高的泄漏风险，一旦发生泄漏，可燃气体遇火源易发生火灾、爆炸等事故，甚至引发后果更为严重的多米诺效应，而可燃气体探测器作为重要的保护层持续监控现场，对保障现场安全生产和风险预警具有重大意义。以某罐区汽油泄漏为例，通过FLACS软件建立汽油储罐泄漏扩散计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)模型，根据现行标准GB/T 50493—2019在泄漏源周围设置候选监测点，结果表明：部分距泄漏源10 m范围内的监测点不能检测到可燃气体，说明探测器的设置应遵循可燃气体扩散规律；对于比空气重的可燃气体的检测，建议探测器的最佳安装高度为0.3 m。     

基于FLACS的汽油储罐可燃气体泄漏的流场分析

罐区油品储存量大，具有较高的泄漏风险，一旦发生泄漏，可燃气体遇火源易发生火灾、爆炸等事故，甚至引发后果更为严重的多米诺效应，而可燃气体探测器作为重要的保护层持续监控现场，对保障现场安全生产和风险预警具有重大意义。以某罐区汽油泄漏为例，通过FLACS软件建立汽油储罐泄漏扩散计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)模型，根据现行标准GB/T 50493—2019在泄漏源周围设置候选监测点，结果表明：部分距泄漏源10 m范围内的监测点不能检测到可燃气体，说明探测器的设置应遵循可燃气体扩散规律；对于比空气重的可燃气体的检测，建议探测器的最佳安装高度为0.3 m。     

含滩地交汇河道水动力特性与掺混特征数值模拟

为研究滩地对河道交汇区水动力特性以及物质输移的影响，建立了含滩地河道交汇区的三维水动力-污染物耦合数值模型，模拟并分析了不同高度和宽度的滩地对交汇区水流结构及污染物横向掺混的影响。研究结果表明：支汊滩地引起的侧向入流垂向动量重分布，对交汇区的双螺旋流结构，污染物横向扩散范围以及掺混层的位置、形态特征和宽度等均有显著影响；支流侧二次流强度和范围随着滩地高度的增加而增大，滩地展宽使支流侧二次流向左岸偏移、强度增大；污染物混合程度与二次流密切相关，二次流的强度、位置和范围均对物质掺混速率有重要的影响，二次流的强度越高、范围越大、位置越接近掺混层，污染物掺混速率越快。     

计算流体力学模拟高压储氢设施泄漏后果

加氢站、油氢合建站作为重要的氢能基础设施已进入快速发展阶段，其安全问题也受到社会的广泛关注.该研究采用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)技术，在某油氢合建站建设项目中，使用实际尺寸模型建模，选择有代表性的事故场景，研究油氢合建站内高压储氢设施泄漏后发生扩散、喷射火、气云爆炸等事故的影响；结合现行标准规范的要求和数值模拟的结果，提出有针对性的风险防控措施.研究结果有利于提升油氢合建站的本质安全水平及应急响应能力，并为加氢站标准的完善提供依据.     

坠物撞击海底管道损伤的BP神经网络预测模型

为预测坠物撞击饱和黏土海床上海底管道的损伤，建立了坠物撞击下饱和黏土海床与海底管道相互作用的动力有限元模型，结合海底管道实际工作条件的变化范围，分析坠物撞击能量、管道直径、壁厚、钢材等级、内压、海床土不排水抗剪强度6个参数对海底管道损伤的影响规律，将6个参数作为输入层参数，以管道损伤作为输出参数，将数值模拟结果作为训练样本，通过学习和训练构建形成了海底管道损伤预测的BP神经网络模型。研究结果表明：坠物撞击能量越大，管道损伤越大，管道损伤增长速率随坠物撞击能量的增大而趋缓；管道直径、壁厚、内压、管道屈服强度增加，管道损伤减小；饱和黏土海床不排水抗剪强度越大，管道损伤越大。建立的海底管道损伤BP神经网络预测模型，仅需要坠物撞击能量、管道直径、壁厚、钢材等级、内压和海床土不排水抗剪强度6个参数，模型简单、便捷，能够较好地预测饱和黏土海床海底管道受坠物撞击的损伤，数值算例涵盖了常见饱和黏土海床海底管道的工作条件，具有很好的适用性，为海底管道损伤预测提供了新思路。     

近距离爆炸作用下RC桥墩毁伤模式及其轴力效应数值模拟

为研究近距离爆炸作用下钢筋混凝土桥墩的毁伤模式，利用显式非线性动力分析软件LS-DYNA建立了包含空气域、炸药和RC桥墩的精细化三维数值模型，通过与已有文献的试验结果进行对比，验证了有限元模型的有效性，并进一步分析了轴力效应对RC桥墩毁伤模式的影响.结果表明：近距离爆炸作用下RC桥墩的毁伤模式可归纳为无剥落破坏、剥落破坏和冲切破坏3种；对于圆柱试件，以爆炸距离0.2 m为例，当比例距离Z≥0.200 m/kg^1/3时，发生无剥落破坏；当0.117 m/kg^1/3≤Z<0.200 m/kg^1/3时，发生剥落破坏；当Z<0.117 m/kg^1/3时，发生冲切破坏.在近距离爆炸作用下，轴向荷载对RC桥墩抗爆性能的影响与其毁伤模式有关，当RC桥墩的毁伤模式是无剥落破坏或者轻微的剥落破坏时，随着轴向荷载的增加，RC桥墩的毁伤程度有所减轻；但当RC桥墩的毁伤模式是严重的剥落破坏或者冲切破坏时，随着轴向荷载的增加，RC桥墩的毁伤程度加剧.研究结果可为RC墩柱抗爆设计和毁伤评估提供参考.     

空间充气式返回器气动弹性动力响应特征

针对空间充气式返回器在超声速流场下的气动弹性动力响应问题，该文建立了一种考虑内充压气体作用的流固耦合模型，较已有方法更真实地揭示了空间再入柔性充气结构变形对流场的影响；同时，采用六自由度飞行动力学对超声速阶段的飞行轨迹进行了修正，有效实现了飞行动力学和气体动力学之间的双向耦合。研究表明：超声速工况下，飞行器在小于50°攻角时的俯仰力矩导数为负，其结构有维持静稳定状态的能力；飞行器在超声速流场中会产生剧烈的振动，本质为大尺度湍流尾迹作用下的抖振效应，而这一现象在跨声速及非对称来流的情况下更加严重，有诱发结构产生低频共振的风险。该研究为空间充气式返回器在超声速条件下的结构安全性设计与评估提供了参考。