含蜡天然气孔板式节流阀内蜡沉积特性数值模拟

蜡沉积是含蜡天然气在集输和处理过程中常见的一种问题,会危害到天然气管输系统的高效、安全运行。为分析含蜡天然气在孔板式节流阀内的蜡沉积问题,基于离散相模型,通过自定义函数,建立蜡沉积数值模拟模型,分析传统孔板式节流阀的蜡沉积规律。研究结果表明：节流阀内蜡沉积主要受湍动能与涡流的影响,沉积位置主要出现在喉道出口处以及距喉道出口0.17 m左右的管壁处;管道内颗粒最大沉积量随压力的增加而增加,距喉道出口0.17 m左右的沉积宽度约为0.01 m,当压力增加1 MPa,该处沉积位置向管道出口处移动约0.005 m。其中,管道内最大沉积量与节流孔径呈负相关,与颗粒直径、喉道长度呈正相关。     

叶轮出口宽度对森林消防泵性能的影响及其优化

水泵叶轮的出口宽度对森林消防泵的性能有着极大的影响,根据水泵的外部特性要求,通过数值计算获得叶轮出口宽度。在保证叶轮的进出口安装角、进出口直径等其他参数不变的情况下,对叶轮的出口宽度设置参数变化,应用PRO/E软件进行叶轮的改型设计,使叶轮的出口宽度分别为8、10、12 mm,依次对各出口宽度进行计算流体动力学(CFD)数值模拟,以获得大流量、高扬程离心泵叶轮的最优出口宽度。实验表明:当叶轮出口宽度为8、12 mm时,叶轮内部流速与压力都没有达到最佳状态; 而当出口宽度为10 mm时,叶轮内部流场的速度最高可达40 m/s,最大压力可达2.0×10⁵ Pa左右,且压力和速度分布均匀,此时最优运行工况效率为91.72%。通过离心泵野外试验验证,叶轮出口宽度为10 mm时的扬程与流量都达到了设定目标。     

含硫化氢天然气井井喷事故后果数值模拟

 井喷事故后果严重,特别是当井喷物质中含有H2S等有毒气体时,会造成重大的人员伤亡和财产损失,研究含H2S天然气井喷气体的扩散蔓延规律具有重要的应用价值。本文建立了含H2S天然气井井喷事故模型,对含H2S天然气井喷事故进行了数值模拟计算,模拟得到含H2S天然气井喷事故中,井喷气体的速度及浓度场的分布情况。数值模拟结果表明井喷气体符合气体射流规律,并可以数值模拟结果为依据进行井喷事故发生后危险区域的划分。     

高压天然气管道喷射火热辐射计算

天然气燃爆喷射火事故可能造成人员建筑严重损害,为研究大型天然气喷射火燃爆特性,使用CFD计算软件,对质量流量在5 kg/s以上,压力分别为12 MPa与6 MPa,泄漏孔径在25 mm、50 mm与100 mm时的高压天然气喷射火进行仿真,得到这六种工况下喷射火火焰尺寸、温度分布和近地热辐射强度分布曲线,并得到喷射火长度与宽度和泄漏孔直径的线性变化关系.与喷射火常用的Thornton模型对比,仿真结果计算的火焰长度基本符合,热辐射结果在泄漏中心30 m以外基本相近,两种方法都可用于估算远距离喷射火热辐射强度,为天然气设施安全设计提供参考.     

成都平原浅层天然气高瓦斯隧道抽排性能评价

针对浅层天然气工区高瓦斯隧道盾构施工难的问题，借助工程实例，采用理论分析、数值模拟和现场试验的方法，分析了成都平原浅层天然气抽排性能的影响因素，确定了研究区的有效抽排半径和抽排时间。结果表明，当裂隙渗透率为39 mD、瓦斯压力为0.31 MPa时，研究区浅层天然气高瓦斯工区的有效抽排半径为5 m、抽排时间为60 min，与煤层瓦斯的抽排参数差异巨大；抽排负压对抽排流量影响较大，对有效抽排半径影响较小；抽排流量和有效抽排半径与地层初始渗透率的变化呈现正相关关系。     

基于桧树亭矿顺层钻孔抽采效果影响因素分析

顺层钻孔抽采是治理高瓦斯矿井工作面最常用的技术措施,为了提高钻孔的抽采效率,从理论分析、数值模拟和现场试验三方面对钻孔抽采的合理参数进行了研究分析。结果表明,钻孔抽采半径随抽采时间延长而增大,但后期瓦斯压力变化梯度减小;钻孔抽采瓦斯的效率随着开采深度的加深而降低;抽采负压对有效抽采半径影响不明显;随着钻孔直径的增加,抽采有效半径增大。但是,抽采钻孔直径的增幅对抽采效果的影响是有限的。抽采钻孔孔径为75 mm时,桧树亭矿二1煤层抽采半径为2.5 m,钻孔间距以5 m为宜。     

直井气侵后气液两相参数分布数值模拟

钻井过程中发生气侵后,由于压力、温度、偏差因子等参数变化影响,气体沿井眼滑脱上升的同时会伴有一定膨胀,而加剧井底压差,导致气侵量不断加大直至井喷.气侵直至井喷过程中井筒内为瞬态气液两相流动,研究气侵后井底气液两相参数发展变化规律及井底压力变化特征对认识井喷发生发展规律有重要的指导意义.以甲烷-钻井液为循环介质,在接近井底实际工况情况下对气侵发生直至井喷过程进行了数值模拟,模拟计算了不同气侵量下气侵不同阶段的流型变化规律、井底压力变化规律、速度分布,并取得了初步认识.     

卸压(排放)钻孔破坏半径的数值模拟分析

为获得卸压(排放)钻孔破坏半径的计算表达式,利用RFPA2D数值模拟软件,模拟了不同煤层强度、不同煤层压力、不同孔径对钻孔破坏半径的影响,通过理论分析和回归分析得出了钻孔破坏半径的变化规律。通过多个方案数值模拟,定量得出了破坏半径与煤层压力呈幂指数关系,与钻孔有效直径呈对数关系,与煤层强度呈反比;所得出的钻孔破坏半径的表达式可用于不同条件下计算瓦斯排放钻孔的有效排放半径和卸压钻孔的有效卸压半径。结果对于钻孔卸压防治矿井动力现象有重要的理论指导意义。     

大口径天然气管道置换规律研究

应用Fluent软件对天然气管道的投产置换过程进行了数值模拟,分别得到了氮气置换空气及天然气置换氮气时所需液氮量及置换时间随管道长度、直径、压力的变化规律,该置换规律的研究为大口径天然气管道无隔离器的氮气置换的生产工作提供了理论依据。     

高填方大直径钢波纹管涵洞力学特性

为研究高填方大直径钢波纹管的力学特性,选取萍洪高速AK0+485处钢波纹管涵洞作为研究对象,通过现场测试以及数值模拟提取管体上部不同填土高度情况下管体的应变、土压力以及管体的横向和竖向变形.通过对数据进行处理分析得出测试数值与模拟数值变化趋势基本一致,管中环向应变以及管顶轴向应变分别大于其他部位的应变.管顶土压力较小,管体下45°位置的土压力较大,主要是由于大直径钢波纹管的柔性以及混凝土支撑的限制作用导致.而对于无混凝土支撑情况下的数值模拟显示,无混凝土支撑可减小应力集中现象以及大部分测点位置的土压力.     

通风环境中不同油水比例柴油池火的燃烧特性

在不同风速和油水比例条件下进行柴油池火实验,通过对火场温度、辐射热通量、燃料质量损失速率的测定和喷溅现象的观察,分析通风环境和油水比例对柴油池火燃烧特性的影响.结果表明,自然通风条件下,油水体积比1∶1的柴油池火在旺盛阶段一直处于沸溢的状态,并伴随连续性喷溅,火焰温度及辐射热通量均达到了最大值;随油水体积比的减小,火焰温度和辐射热通量降低,喷溅频率和剧烈程度降低.当风速增加至1.0 m/s时,通风对柴油池火的促进作用占主导地位,池火旺盛阶段持续时间增长;风速增加到1.5 m/s时,柴油池火旺盛阶段持续时间缩短,通风对池火的负面影响占据了主导地位.     

不同通风模式下隧道酒精池火热传递过程

为分析不同通风模式对于池火热传递过程的影响,在隧道模型内进行直径0.5 m酒精池火实验,测试和对比燃料质量损失速率、火场温度、火焰辐射热和对流换热热通量.结果表明:在0.5 m/s纵向排烟模式下,旺盛阶段连续火焰区火焰辐射热通量比自然通风条件增加了30%左右,这对火灾热传递过程控制不利.在0.8,1 m/s纵向排烟条件下,旺盛阶段连续火焰区火焰辐射热通量及上部热烟气层温度显著降低.0.5 m/s顶部排烟显著降低了旺盛阶段连续火焰区火焰辐射热通量,火灾最晚达到旺盛阶段,较早进入衰减阶段.0.5 m/s顶部排烟是本实验条件下最佳的排烟模式.     

细水雾抑制小尺度甲烷/空气火焰的研究

利用三维激光粒子动态分析仪(LDV/APV系统)测量距离同轴流动燃烧装置Cup Burner出口不同位置的细水雾雾场特性(雾滴速度、雾滴粒径),利用Cup Burner系统地研究了细水雾抑制小尺度CH₄/空气顺流非预混火焰,考察细水雾的粒径和雾滴质量分数对CH₄/空气顺流非预混火焰结构的影响. 研究结果表明粒径为10～100 μm的细水雾能有效地抑制CH₄/空气顺流非预混火焰,随着细水雾粒径减小或空气流中雾滴质量分数的增加,细水雾抑制熄灭CH₄/空气顺流非预混火焰的能力增强. 细水雾抑制熄灭CH₄/空气顺流非预混火焰的机理主要是气相吸热冷却和稀释氧气,在CH₄/空气顺流非预混火焰的根部,气相吸热冷却起主导作用,而在火焰的上部稀释氧气起主导作用.      

巷道火灾火焰长度影响因素正交实验

为了得出火焰长度与火源热释放率、火源直径、可燃物扩散率之间的关系,在单因素实验的基础上,采用正交实验的方法研究了火焰长度主要影响因素与影响规律.结果表明:火灾过程中,火焰长度受火源热释放率、火源直径、风速以及局部阻力系数影响,并且火源热释放率的影响最大,火源直径的影响次之,风速和局部阻力系数的影响很小.该成果对巷道火灾的预防和控制具有指导意义.     

冷放空天然气火灾爆炸事故影响范围模拟

针对冷放空作业中的意外火灾、爆炸事故,许多研究单一从冲击波超压方面考虑伤害范围,一旦发生火灾,热辐射强度也非常强,研究不同影响因素下火灾的热辐射伤害范围十分必要。首先,分析放空压力6 MPa和放空速率20×10⁴m³/h时冷放空天然气火灾的热辐射影响范围和冲击波超压影响范围,然后,模拟不同放空速率和不同放空压力下热辐射的影响范围和冲击波超压的影响范围。结果表明,在模拟工况下,放空压力对热辐射强度影响更大,热辐射导致的轻伤距离最远达到269.72 m;在模拟工况下,放空速率对冲击波超压影响更大,冲击波导致轻伤的最远距离达到198.00 m。在实际工程中,控制放空压力和放空速率对减轻意外火灾爆炸事故的后果极为重要。     

阻火器壳体结构与爆轰火焰状态关系研究

针对大型煤矿瓦斯运输管道甲烷爆轰过程中火焰压力波和速度与阻火器结构的匹配问题,对阻火器壳体结构变化与管道内火焰压力和速度的关系进行了仿真研究,仿真中对不同尺寸的阻火器壳体结构建立了二维几何模型和网格模型,采用RNC k-e湍流模型和通用有限速率燃烧模型,运用FLUENT软件对煤管内可燃气体爆轰过程进行了模拟.得到了阻火器壳体内径尺寸、阻火器内有无障碍物与爆轰火焰压力和速度的变化规律,通过分析阻火器内火焰速度和压力的规律,为管道爆轰阻火器的设计和选型提供更为准确的参考依据.     

烧结矿竖罐内气固传热过程数值模拟与优化

以某钢铁企业360 m~2烧结机年产390万t烧结矿为研究对象,建立了竖罐内气固传热过程的数学模型,模拟研究了影响竖罐内气固传热过程的主要因素及其影响规律,得到了竖罐适宜的操作参数.研究结果表明:随着气体表观流速的减小和空气进口温度的增加,烧结矿出口温度和空气出口温度均逐渐增加;烧结矿颗粒直径的减小导致烧结矿出口温度的降低和空气出口温度的增加.竖罐适宜的操作参数为:空气进口标况流量45.5万m~3/h,颗粒当量直径0.025 m,空气进口温度130℃.     

环境湿度影响受限空间池火的实验

为了分析高湿环境下火灾发展和烟气蔓延的复杂性和不确定性,本文搭建了3.6m×1.2m×1.4m的受限空间实验模型,以直径600mm的酒精作为火源,在室温(20±2)℃和相对湿度［(30%~90%)±5%］范围内调整受限空间环境条件,测试模型空间内燃料的质量损失速率、池火火焰温度、上部热烟气层平均温度、火焰对周围环境的热辐射、地面接收到的热辐射、火焰根部O₂浓度、烟气中CO₂浓度等参数,分析不同环境湿度条件下受限空间池火的发展规律.实验结果表明,常温条件下,环境湿度达到90%左右时,燃料的质量损失速率、火焰对周围环境的热辐射、火焰温度和上部热烟气层平均温度均显著下降,火灾旺盛阶段持续时间延长,熄灭阶段温降梯度减小.因此,常温环境中,相对湿度90%的高湿条件下池火的发展和蔓延会受到显著抑制.     

低压环境下氮气-水低压双流体细水雾抑灭油池火研究

基于民用飞机货舱低压变动环境下火灾特点,进一步探寻低压双流体细水雾灭火技术在低压环境的应用。采用马尔文粒径仪和低压燃烧测试舱等设备,对自行研发N2-水低压双流体细水雾系统进行测试,研究该系统的雾场特性和低压环境下的灭火特性机理。发现N2压力低于0.4Mpa便可得到雾场均匀、粒径较小且方便可调双流体细水雾。低压舱内灭火实验结果表明,在低压下可有效地扑灭油池火,灭火时间呈现随环境压力降低而减小趋势。揭示火焰周围逆流扩散流动场和水雾对火焰与油面的冷却隔离作用,在抑灭油火中的重要作用。