冷却塔对大气扩散影响的数值模拟

利用计算流体力学模型Fluent,模拟多个冷却塔对大气流动和湍流场的作用,用拉格朗日随机粒子模式进一步模拟其大气扩散影响。针对一个内陆核电厂的设计方案进行模拟,共有4个冷却塔和4个常规烟囱排放口。取当地典型风速1.5 m/s和中性边界层条件模拟ESE,SSE和SW这3个方向来流的塔体扰动情况。对应各风向各取2个排放位置进行扩散模拟并计算扩散参数。结果显示,在扰动最小的风向条件下,冷却塔几乎对扩散没有影响,扰动严重时水平和垂直扩散参数可分别增大2个和1个稳定度级别,这种影响在1 km之内最为明显。     

内陆核电厂冷却塔对大气扩散影响的CFD模拟

 风场的时空变化和大气湍流特征是影响局地大气污染物迁移、扩散的重要因子。本文以某内陆核电厂址为背景,针对内陆核电厂址气象及地形条件的复杂性,选用三维计算流体动力学(CFD)模型Fluidyn-PANACHE,模拟气载放射性颗粒¹³⁷Cs、气溶胶¹³¹I和常规气态污染物CO在大气中的三维风场及浓度场分布情况。该方法可合理模拟内陆核电厂大型冷却塔等建筑物周围的湍流和绕流,弥补了标准高斯模型精细化程度不足的缺陷。此外,该方法也突破了常规CFD模型很难在一次计算中进行多风向模拟的局限性。计算获得的正常工况下年均大气扩散因子能反映出该厂址大气扩散的季节性差异,即秋季的平均大气扩散因子最大,因此,可考虑将换料大修等非运行工况安排在秋季进行,以降低污染强度。研究获得的年均大气扩散模拟结果与高斯混合排放模式推荐的厂址扩散参数较为一致,典型固定风向的模拟结果与风洞物理模拟结果符合较好,可为中国内陆核电厂址大气扩散研究和评价提供参考。     

基于Gauss烟团模型的大气扩散数据同化方法

发生核事故后,可以通过模型迅速预测泄漏的放射性物质的大气扩散情况,但释放源项、气象等参数的不确定性导致大气扩散模型计算的准确性受到影响。通常可以采用数据同化来改善模型预测结果。该文提出一种基于Gauss烟团模型的大气扩散数据同化方法,可以结合观测数据改善模型的预测结果。该方法在迭代搜索中对烟团参数进行线性变换以简化Gauss烟团模型,利用粒子群优化算法对泄漏速率、释放高度、风向、平均风速这4个模型参数进行校正。该方法适用于平坦地形和均匀稳定气象条件下的中尺度扩散。采用稳态条件下双生子实验进行验证,观测点位的模拟值与真实观测值的相关系数达到0.99。在非稳态条件下对源项估计结果进行了测试,结果略优于集合Kalman滤波方法,相关系数达到0.68。该同化方法计算速度快,能有效提升模型的预测,可用于大气扩散数据同化。     

厂区天然气泄漏扩散的数值模拟研究

根据危险性气体空间泄漏扩散的特点,对厂区天然气等危险性轻质气体泄漏扩散运动进行了数值模拟,着重研究了大气风向风速、泄漏射流方向和泄漏时间对危险性轻质气体(天然气)空间泄漏扩散浓度场和危险性区域的影响.其中大气主导风的风速对气体扩散浓度和扩散危险性区域有很大的影响,如等值线图模拟的条件下,在x方向上,风速v=0.5 m.s-1比v=5.0 m.s-1条件下危险性区域大155 m.     

基于SAFETI模拟的大气条件对天然气扩散影响的研究

为了确定在大气条件影响下天然气泄漏的燃烧影响和毒性影响,采用高斯模型对天然气泄漏后的扩散进行分析,确定了大气对其浓度分布影响的两大因素:风速和大气稳定度。通过SAFETI软件对容器内天然气瞬时泄漏的场景进行模拟,并结合控制变量法对模拟结果"泄漏发生18.75 s时,浓度4.4×10~(-2)天然气云的水平分布情况"、"下风向最大爆炸半径天然气浓度随时间变化的关系"进行分析,研究了天然气扩散过程中受风速和大气稳定度影响的浓度变化趋势和扩散分布规律。研究得出:天然气在泄漏的过程中,以聚集再分散的方式进行扩散,天然气总体分布的几何中心向下风向移动;泄漏天然气在扩散过程中,扩散速度随着风速和大气稳定度的增大而增大;天然气聚集的饱和浓度,随着风速的增大而增大,随着大气稳定度的增大而减小;在一定的时间内,风速越大,大气稳定度越大,天然气的扩散范围越大。     

热电厂烟塔合一排烟对住宅小区环境影响研究

使用计算流体力学软件Fluent建立数值风洞模型,开展针对热电厂排烟冷却塔排放的污染物对周边住宅小区影响的研究。结果表明,数值风洞模型能较好地模拟排烟冷却塔下风向速度流场、湍流强度场及污染物扩散规律。受排烟冷却塔塔体的影响,排烟冷却塔的下风向存在湍流运动剧烈的区域,该区域会导致排烟冷却塔排放的烟气发生下洗现象。风速越高时,电厂排烟冷却塔排放烟气发生的下洗现象就越明显,同时小区内污染物浓度也随着环境风速的增加而增加。     

基于变风向高斯烟团混合模型的污染物扩散研究

对气态污染物连续泄漏扩散问题,利用时间分段处理和坐标转换的方法对高斯烟团模型进行了改进,使其能够计算点源连续泄漏和风向变化的情况。基于Python开发了模拟计算程序,模拟分析了风速和大气稳定度对污染物扩散的影响。结果表明：该模型实现了风况变化和连续泄漏扩散场景下,污染物扩散的浓度分布计算;各级危险区域的面积都随着扩散时间的增加先增大,而后趋于稳定,达到稳定所需时间以及稳定后危险区域的面积都随着风速的增加而降低,随着大气稳定度的变差而降低;在各风速以及各大气稳定度下,中度危险区面积都高于其他区域,应重点防护。     

城市建筑群环境有毒有害气体扩散数值模拟

应用计算流体力学(CFD)原理和方法建立街区尺度点源泄漏扩散的数值模型,并经风洞试验结果验证其正确性.对街区建筑物扰动和两种来流风速(1.5 m·s-1,3.0 m·s-1)下近地面气云扩散过程及特性进行模拟与分析.结果表明:给定合适的计算参数,基于RNG k-ε模型和SIMPLE算法能够有效模拟复杂障碍物条件下有毒有害气体的扩散过程;近地面气云扩散受道路、建筑物布局和来流风速的影响明显,建筑物周围测点浓度同该处源距、方位、高度以及风向偏离程度存在密切联系;较大的来流风速加快气云水平输送,同时有利于浓度的稀释;泄漏停止后建筑物密集区间浓度稀释相对滞缓,可能对人群健康构成威胁.     

CALPUFF在复杂地形条件下的近场大气扩散模拟研究

利用在湖南省丘陵河谷地区开展的高时空分辨率大气扩散综合实验资料,研究美国国家环保局(USEPA)推荐的导则模式CALPUFF(California Puff Model)在复杂地形条件下近场应用的适用性。采用不同时间分辨率的诊断风场和不同扩散参数计算方案,模拟不同气象条件下的近场地面浓度分布。通过与示踪实验实测采样浓度对比分析,得到:采用实测湍流廓线资料计算扩散参数能够较好地模拟近场浓度分布;将实测湍流速度标准差与稳定度参数的拟合关系替代CALPUFF默认的湍流参数化方案,能够改进默认相似性理论方案的模拟结果;风速较大、风向稳定时,模拟结果对风场的时间分辨率和扩散参数计算方案的敏感性较弱;风速较小、风向多变时,需采用逐10 min风场模拟地面浓度场分布,且实测湍流方案模拟结果相较于相似性理论方案模拟值偏大,并更接近实测值。总之,采用逐时风场和实测湍流方案,或逐10 min风场和修正后的相似性理论方案的CALPUFF模式能较好地模拟研究区域复杂地形的近场峰值浓度。     

CALPUFF在复杂地形条件下的近场大气扩散模拟研究

利用在湖南省丘陵河谷地区开展的高时空分辨率大气扩散综合实验资料, 研究美国国家环保局(USEPA)推荐的导则模式CALPUFF (California Puff Model)在复杂地形条件下近场应用的适用性。采用不同时间分辨率的诊断风场和不同扩散参数计算方案, 模拟不同气象条件下的近场地面浓度分布。通过与示踪实验实测采样浓度对比分析, 得到: 采用实测湍流廓线资料计算扩散参数能够较好地模拟近场浓度分布; 将实测湍流速度标准差与稳定度参数的拟合关系替代CALPUFF默认的湍流参数化方案, 能够改进默认相似性理论方案的模拟结果; 风速较大、风向稳定时, 模拟结果对风场的时间分辨率和扩散参数计算方案的敏感性较弱; 风速较小、风向多变时, 需采用逐10 min风场模拟地面浓度场分布, 且实测湍流方案模拟结果相较于相似性理论方案模拟值偏大, 并更接近实测值。总之, 采用逐时风场和实测湍流方案, 或逐10 min风场和修正后的相似性理论方案的CALPUFF模式能较好地模拟研究区域复杂地形的近场峰值浓度。     

冷却塔群间“狭管效应”对风速影响的统计分析

为研究群体高层对风速风向的影响,以与群体高层类似的嘉峪关酒钢电厂冷却塔群为例,在电厂冷却塔群附近及空旷地带设立2个测风塔,进行风速、风向对比观测,研究冷却塔群间"狭管效应"对风速风向的影响。数据分析表明,冷却塔群的存在使10 min平均风速降低,但是对2 s瞬时风速影响不大,同时2 s最大风速与10 min平均风速比值增大。     

太湖波浪过程的数值模拟

基于动谱平衡方程的SWAN波浪模型和湖流三维模型,分别对太湖波浪和湖流的生消过程进行动态模拟,并研究太湖湖流对波浪的影响.结果表明,湖流模型和SWAN波浪模型可以较好地模拟风作用下太湖湖流和波浪的生成和传播过程;太湖流场对波浪场具有一定影响;风速越大,影响越显著,同时也受风向影响;沿岸区波浪受湖流影响更加显著;湖流对波浪的影响基本上呈现湖流波浪同向时,有效波高增大,波速增大,波长增长;反向时有效波高减小,波速减小,波长缩短的特征.     

运行状态下超大型冷却塔内表面风荷载的数值模拟研究

对运行状态下的某超大型双曲冷却塔的内表面平均风压进行了CFD数值模拟.在计算流体动力学软件基础上进行二次开发,采用DPM模型结合UDF函数方法加入源项来研究某超大型冷却塔内表面平均风压分布;塔中水相采用了拉格朗日方法模拟,而空气相采用欧拉方法模拟,较好地实现了冷却塔运行状态下的内外流场计算及其与传热传质的耦合计算,分析了运行状态下冷却塔横风向来流时的内压分布规律.无侧风工况下计算结果显示,塔运行过程中的内表面压力对称性良好,出水温度与实测结果相符,验证了本文提出的塔运行过程中的传热传质计算方法的正确性.侧风工况下得到塔内压力系数沿高度方向相应变大,而沿纬向变化不明显.同时讨论了中国规范对内表面压力系数的取值不完善之处,给出了建议取值,为超大型冷却塔设计过程中的内压计算提供方法和依据.     

某内陆核电厂冷却塔雾羽对环境要素变化的响应分析

 冷却塔雾羽扩散直接影响冷却塔周围区域居民生活环境,是内陆核电厂散热系统运行环境影响评价时首要考虑的重要问题。应用冷却塔环境影响评价模型（SACTI）,针对不同环境温度和风速变化情景下自然通风冷却塔雾羽特征参数进行模拟,以确定不同季节气象要素变化可能对冷却塔雾羽扩散产生的影响。研究表明,SACTI 模型预测的不同温度条件下雾羽长度发生频率随温度增高呈下降趋势;雾羽高度发生频率随温度下降呈增加趋势、随温度增高呈减少趋势;雾羽半径发生频率随温度变化呈减少趋势。不同风速条件下,雾羽长度发生频率随风速增加呈增加趋势,雾羽高度发生频率随风速增加呈减少趋势,雾羽半径发生频率随风速增加呈减少趋势。冷却塔雾羽受温度和风速影响显著,直接影响不同季节冷却塔雾羽扩散。     

单塔和双塔情况下大型冷却塔的表面风压研究

针对大型冷却塔在单塔和双塔情况下的表面风压分布,应用风洞试验方法进行研究,采用增加模型表面粗糙度的方法来补偿模型试验的雷诺数效应,通过与以往成果的比较以确定合理的粗糙度,进行变风向角和塔间距工况的双塔干扰试验.研究表明:模型表面粗糙度对冷却塔外表面风压系数有较大影响;双塔串列时前塔对后塔的影响远大于后塔对前塔的影响;斜列时可根据前塔对后塔的干扰程度并按风向角划分为3个区域.同时给出典型塔间距下考虑风向角因素的后塔体型系数包络线,供设计参考.     

喷淋方向对船舶I型脱硫塔内部流场的影响

随着船舶尾气排放法规的严苛,如何提高船舶脱硫塔脱硫效率以及减小压降成为生产设计中的重要因素。本文以I型脱硫塔为研究对象,通过改变喷嘴的喷射方向对内部流场特性进行了优化。首先利用欧拉-拉格朗日方程建立了气液两相流动模型,其中烟气为连续相,喷淋液滴为离散相。采用多孔介质模型替代除雾器以计算其产生的压降,利用Ansys Fluent分别仿真三个不同喷射方向(A30、A90、A150)的脱硫塔内部流场。将A30的仿真结果与工厂实验进行对比,结果表明仿真得到的脱硫塔烟气出口温度及入口至除雾器下方的压降值与实验数据基本一致,证明了仿真的准确性。通过对三种喷射条件下的内部流场、温度及压力特性的对比研究,结果表明：三种喷射方向对脱硫塔压降影响不大,对烟气的降温效果均不佳,其中 A90所产生的降温效果和压降与A30几乎一样,A150喷射产生的压降相对较大及烟气降温效果相对较好;三种喷射方向均易造成烟气产生逃逸,其中A90逃逸现象最严重;A30的烟气截面速度标准偏差值Mf相对较低,更有助于气液两相接触。综合考虑采用A30喷射方式更有利于脱硫。     

不同核电厂址机械通风冷却塔雾羽大气扩散特征研究

 机械通风冷却塔雾羽扩散是内陆核电厂重要厂用水系统环境影响评价时首要考虑的重要问题,直接影响核电厂机械通风冷却塔附近大气环境。以江西彭泽和吉林靖宇内陆核电厂址为研究对象,应用冷却塔环境影响评价模型SACTI 模拟预测不同厂址、不同冷却塔设计和不同布局方案情景下机械通风冷却塔雾羽扩散特征,以确定不同厂址环境特征和冷却塔设计可能对机械通风冷却塔雾羽扩散产生的影响。结果表明,不同机械通风冷却塔设计情景下,一机四塔比一机两塔方案引起的雾羽扩散环境影响范围广,雾羽长度范围后者约为前者的2.1 倍,雾羽高度范围后者约为前者的1.3 倍。不同冷却塔布局方案情景下,一机两塔情景下线性排列和平行排列方案主要影响近场雾羽长度分布和高处雾羽高度分布,一机四塔情景下两种排列方案主要影响远场雾羽长度分布和低处雾羽高度分布。不同厂址情景下,一机两塔方案2 个厂址雾羽扩散差异最大,一机四塔方案2 个厂址雾羽扩散差异最小。     

不同形式的高架桥对街道峡谷气流和污染物分布的数值分析

应用计算流体力学（CFD）软件FLUENT模拟了不同形式的高架桥在街道峡谷中的气流和污染物分布的状况.该高架桥的不同形式包括：高架桥的高度、高架桥的宽度以及高架桥是否有污染源.采用标准k-ε模型与离散相模型对街道峡谷内部气流运动及污染物浓度分布进行了模拟计算,并分析了高架桥对风场及污染物扩散的影响.