复杂地形下有害气体泄漏的模拟预测与输运规律

从近几年国内外发生的几起重大气体泄漏事故的情况来看,由于缺乏对有害气体迁移和输运规律的把握,频频发生人员疏散延误和盲目疏散等现象,因此对有毒有害气体迁移和输运规律的研究显得尤为重要。现有研究方法大多使用经验模型预测气体泄漏过程,但是这些模型无法模拟在存在建筑物、山体等复杂地形条件下的气体泄漏输运时产生的低洼积聚、地形导向等重要现象。该文利用计算流体力学方法求解Navier-Stokes方程,对泄漏发生后的流场内的有害气体组分流动进行了研究。在对开县天然气井喷过程的数值模拟中,成功模拟了有害气体输运的积聚、导向等现象,模拟结果和事故现场的定性和部分定量结果进行比较,得到较为一致的结论。     

舱室有害气体泄漏数值模拟

为研究舱室内害气体泄露过程,减少有害气体对乘载员的危害。采用Navier-Stokes方程与RNG k-ε湍流模型,利用计算流体力学(CFD)理论方法,建立有害气体泄漏的数值计算模型。以某型车辆为例,对车舱内有害气体泄漏扩散过程进行数值模拟,计算得到舱室内有害气体各组分在舱内空间分布及舱室内有害气体泄漏扩散的一般规律。分析结果表明,文中计算方法有效地捕捉到舱内有害气体运动过程以及浓度变化过程,可为舱室有害气体控制设计与评价提供理论基础。     

基于个人风险分布计算的泄漏事故疏散路线优化

发生有毒有害气体泄漏事故后,最优疏散线路的选择是降低人员伤亡的关键。本研究提出一种基于疏散路线个人风险分布特征分析的泄漏事故中疏散路线优化方法,考虑泄漏事故疏散路线安全性和疏散时间等影响因素,建立了疏散路径动态优化选择机制。将泄漏物料特性参数、泄漏源位置、存储状态参数、风向等事故发生时可快速获取的因素作为已知条件,并引入点火源、人员伤亡概率等不确定性因素的统计频率,给出疏散路线综合风险值的计算方法,进而实现了疏散路线安全性的量化表征。以某化工厂区液氨储罐泄漏事故为例,采用Safeti软件计算分析了各疏散路线个人风险,应用疏散路线动态优化选择机制,优选出针对该事故场景的最佳疏散路线。相关研究结果可为有毒有害气体泄漏事故应急疏散的科学决策提供理论指导。     

炼油装置有害气体泄漏区域风险等级划分

以典型场景为代表开展的气体泄漏扩散模拟研究未能体现炼油装置的真实泄漏风险。提出一种基于泄漏场景集的炼油装置有害气体泄漏区域风险等级划分方法。融合泄漏源和风场等重要随机因素生成泄漏场景集,定量预测场景发生概率,采用计算流体力学方法(CFD)预测气体泄漏扩散体积分数场。基于场景概率和泄漏后果,得到各场景有害气体泄漏区域风险矩阵。结果表明:构建的有害气体泄漏场景集能够定量预测场景发生概率;建立的炼油装置有害气体泄漏精细CFD模型能够预测有害气体泄漏场景后果;表征各场景有害气体泄漏区域风险的区域风险矩阵可以划分符合真实情况的炼油装置有害气体泄漏区域风险等级。     

基于Fluent的城镇LPG管道泄漏事故后果及影响因素分析

为分析城镇LPG管道泄漏扩散规律及其影响因素,建立了重气在大气中泄漏扩散的FLUENT数值模拟模型,并与实验结果进行对比,验证了基于FLUENT的重气扩散数值模拟模型的可行性和准确性。以某城市LPG管道为研究对象,利用RNG k-ε模型,分析了环境风速、障碍物以及城镇地形条件对LPG泄漏事故后果的影响。结果表明,风速的增加造成泄漏源处形成的膨胀云层减小,加剧了LPG在下风向的输运,增大了近地面区域LPG泄漏的危险性。障碍物的宽度越大,迎风面对LPG管道泄漏扩散的阻挡效应愈显著,有利于抑制LPG气云向背风侧近地区域的扩散蔓延,但应注意背风面涡流造成火灾爆炸危险性加剧的现象。当LPG管道在低洼地形和城市高楼间泄漏时,LPG管道泄漏事故危险性急剧增加。     

建筑环境中有害气体扩散及分布的分析

利用温差射流原理分析了有害气体泄漏时在大气中扩散的特点;在与实验结果对比的基础上,对某建筑小区环境下有害气体连续泄出的扩散迁移过程进行了初步数值计算．结果表明,泄出气体的主运动方向沿大气流动方向发生偏转,气体浓度分布区的范围和形状主要与大气主流风速的大小、建筑物阻挡作用和气体泄出速度等因素相关．     

自然通风条件下室内CO2扩散浓度变化的数值模拟

探究室内危险性气体泄漏后的扩散特性及危害区域的影响,采用CFD软件FLUENT对室内自然通风条件下CO2连续泄漏扩散浓度的变化过程进行了数值模拟,研究CO2扩散过程的浓度场分布和危害区域变化规律,并比较CO2连续泄漏的风洞实验结果与数值模拟结果。结果表明:CO2在重力的作用下,泄漏后向空间的下方扩散,形成气体积聚,浓度逐渐延长,梯度变化较大,出现分层现象,并形成危害区域。随着时间的延长,室内各点的浓度增加,危害区域逐渐变大,并向上方移动;实验数据和模拟结果吻合较好,证明FLUENT可以较准确地模拟室内CO2的扩散过程。     

化学危险性气体泄漏扩散模拟及其影响因素

分析了描述易燃易爆及有毒有害气体泄漏扩散过程的数学模型,包括Gaussian模型、Gaussian轨迹烟云模型、BM模型、Sutton模型及FEM3模型。重点介绍了目前广泛使用的Gaussian模型及Gaussian轨迹烟云模型。针对事故泄漏扩散过程的复杂性,详细讨论了气象条件及地形条件对危险性物质泄漏扩散过程的影响,此外还对不确定参数的选取进行了探讨。     

基于CALPUFF模型的毒害性气体泄漏事故三维动态模拟方法——以开县井喷事故为例

针对目前基于大气扩散模型开发的应急管理 GIS 系统中存在的时空分辨率低、未考虑三维地形等问题, 提出一套基于CALPUFF模型的三维气体扩散模拟方法。经过多层计算, 获得气体扩散浓度的三维时空分布数据。 通过Marching Cubes可视化技术读取并显示 , 可以实现三维空间的气体动态扩散效果 。以“12·23”开县特大井喷事故为案例进行模拟, 并开展二、三维对比以及模拟数据与实际情况对比分析。结果表明, CALPUFF模型三维计算得到的气体浓度在量级和空间分布上具有较高的精确性, 三维时空动态模拟具有较高的时空分辨率和重建效率, 可以达到较好的可视化效果, 能够更好地表达气体泄漏过程和扩散规律, 为应急管理提供重要的辅助手段。     

破前漏技术中气体的泄漏率

为了提高破前漏分析中泄漏率的计算模型的准确度,针对气体的泄漏率问题开展了实验研究和理论研究.实验中获得了较为系统的实验数据,总结了气体流经窄间隙流道的流动规律.在理论研究中,发展了2种气体泄漏率的计算模型.其中,等熵流模型假设气体流动是等熵过程,它的计算过程简单,但忽略了摩擦与扰动的影响,精度较差.瞬变流模型仅假设气体流动是一维的,它能够模拟气体流经贯穿裂纹过程中的主要流体力学特性,计算结果表明,该模型是一种适合于工程应用的模型.     

复杂地形条件下气体泄漏扩散规律仿真与试验

针对复杂地形气体泄漏扩散问题,基于计算流体动力学方法,建立复杂地形气体泄漏扩散数值仿真方案,确定地面气体分布特点、监测点气体质量浓度随时间变化规律、地形及环境风向、风速等对气体扩散的影响作用。以SF6为示踪气体,设计并在川东北某山区集气站实施气体释放试验,以有色烟雾发生器为工具确定采样点布置,采用电子时控大气采样器和气相色谱-电子捕获检测法进行样品采集和分析,得到不同采样点、不同时间段内示踪气体浓度值。SF6释放试验结果表明,试验方案设计合理、可靠、具有广泛的适用性,能够有效降低采样点数量,提高采样数据的有效性,实现对试验数据的采集和分析。试验与仿真计算数据的一致性验证了建立的数值模型处理复杂地形气体泄漏扩散过程的有效性。     

复杂地形风能评估的CFD方法研究

不可再生能源的日益枯竭为风能的发展带来了机遇与挑战。我国风能资源丰富的东南沿海及岛屿多是复杂山地地形,传统的风能评估方法在复杂地形中并不适用,这使得风力发电机的微观选址难于实施。本文将研究复杂地形中风场分布的CFD精细化模拟方法,使其能为风机的微观选址提供依据。从海拔最高站点的记录中选定了两次风向稳定的强风过程为研究工况,并分别建立了地形的六面体结构网格模型,选用40m×40m和20m×20m两种网格分辨率,采用两种雷诺平均湍流模型,将得到的风场分布同现场观测数据进行了对比。结果表明湍流模型SST k-ε 的结果更准确,20m的水平网格分辨率对复杂地形风场的估计已有较高的精度。最后,联合风加速比分布与当地的常年气象资料,提出一套基于CFD方法的复杂山地地形全风向风能评估方法。     

判定空气中微量有害气体种类与浓度的拟合法

报导了用两只气敏元件同时测出空气中同一微量有害气体的电阻-浓度曲线,并利用最小二乘法拟合为两条直线,将其拟合斜率比ε_j与拟合后的差值δ_(ji)做为判据,判定空气中微量有害气体种类与浓度的拟合法。     

铰接型移动机器人结构设计与性能分析

针对复杂地形环境下传统移动机器人普遍存在的稳定性不足、通过性欠佳等突出问题,通过深入探究机器人越障机理,融合被动变形车轮与柔性铰接装置,研制出一款能够被动适应复杂多变障碍地形的多驱动模块铰接型移动机器人。综合考虑机器人构型原理与运动模式,基于稳定锥方法系统构建了机器人极限姿态的稳定模型并提出其临界倾翻条件。基于凸台、沟渠以及变曲率地形下机器人通过性的深度分析,提出了一种不同地形障碍下机器人越障方法。样机实验结果表明,机器人具有良好的运动稳定性与通过性,可被动适应复杂多变障碍地形。     

基于虚拟叶片方法的复杂地形风电场气动性能分析

基于计算机流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法和虚拟叶片(virtul blade method,VBM)方法研究了风力机尾迹与复杂地形的相互作用,以实际风电场为例,分析了造成复杂地形风电场中风力机振动的主要原因,提出了一种基于CFD的快速分析风电场气动性能的方法,比较了雷诺平均(Reynolds-averaged,Navier-Stokes,RANS)和大涡横拟法(large eddy simulation,LES)求解方法在捕捉地形效应和尾迹及预测风电场功率性能方面的差异。研究分析发现,机组尾流和复杂地形效应造成的湍流强度过大是造成该风电场风力机运行时剧烈震动的原因,LES方法预测尾流的延迟衰减和更明显的尾流干扰作用导致风电场的发电量低于RANS方法。RANS方法过度预测湍流,导致湍流动量更快的扩散和尾流快速恢复。因此,CFD结合VBM分析复杂地形条件下风电场气动性能的方法,可实现复杂地形大型风电场性能的快速分析,可应用于风电场相应气动控制策略的制定和复杂地形风电场的微观选址。     

锥形风幕风扇的流场模型及应用

环形湍流射流对其流场范围内的气体及粉尘具有封闭作用,利用这个特点,研制出一种新型风扇-锥形风幕风扇.同一轮毂安装两组角度相反的叶片是锥形风幕风扇不同于普通风扇的独到之处,外动轮产生的环形湍流射流和内动轮产生的汇流相互叠加形成射-汇流,将污染源包裹封闭,大大地抑制了有毒有害气体粉尘的扩散,为毒气粉尘产生的生产车间的管理增加了一种新型高效的技术产品.本文分析了从该风扇的构造及其作用机理,建立了流场数学模型,并介绍了锥形风幕风扇的典型应用,为安全环保型风扇的深入研究和不断革新提供了理论和实践的指导.     

抛物方程中处理不规则地形的混合算法

首先应用抛物方程并结合分段线性平移变换法预测了不同倾斜角的三角形地形条件下的电波传播特性,其计算结果表明平移变换法在倾斜度较大时产生较大误差。对此提出了分段线性平移变换法与地形屏蔽法相结合的方法,基于此混合方法预测了复杂地形下的电波传播特性;并利用射线跟踪法验证了此方法的可行性。该地形混合方法综合了分段线性平移变换法和地形屏蔽法的优势,在保证计算精度的同时拓宽了复杂地形建模的适用范围。     

高能气体压裂弹燃气安全性评价

利用密闭爆发器测试技术模拟了高能气体压裂弹的爆燃过程,并使用红外光谱分析技术对燃气成份中毒性气体进行了检测.5个不同厂家的高能气体压裂弹产品燃气成份测试结果表明,特殊的压裂弹产品燃气中会产生氢氰酸(HCN)毒性气体,对其产生机理进行分析并提出抑制燃烧过程产生HCN的措施.