多源重气泄漏扩散模拟研究

由于重气效应的存在,重气的泄漏和扩散的危险性较之轻气更为严重.在单源SLAB模型的基础上发展了多源重气扩散模型,并对单源和多源重气在连续泄漏和瞬时泄漏两种泄漏模式下的扩散都进行了模拟研究.以氯气泄漏为研究算例,计算得到了相应条件下下风向的时均浓度分布情况,结合毒性标准给出了不同毒性水平下的事故后果影响范围,从而可以为应急救援和疏散决策制定提供理论指导.     

盒子模型在丙烷瞬时泄漏模拟分析与安全评估中的应用

以某光纤企业汇流排丙烷气体瞬时泄漏为例,对重气云扩散模式及其影响因素进行研究,选用盒子模型进行扩散模拟,求得浓度随扩散时间、泄漏点距离的变化规律、产生健康危害的下风向距离以及造成的危害区范围.经计算可知,距泄漏点下风向33.11m即可达到爆炸浓度下限,丙烷云团瞬时泄露扩散45s后能造成409.23m的人员健康危害区.经过分析,企业汇流排实际布局不能满足气体泄漏事故发生时的安全要求.此结果可为发生事故时作业人员确定事故毒害危险区及疏散范围提供合理性依据.     

毒性重气瞬时泄漏扩散过程CFD模拟与风险分析

应用以计算流体动力学(CFD)为依据的毒性重气扩散模型,以氯气为例,结合具体释放场景,计算得到氯气瞬时泄漏后在不同风速情况下扩散过程的运动特征与浓度时空分布信息;进而根据英国卫生安全执行局毒负荷模型计算得到毒负荷云图;以浓度和毒负荷场分布及变化特征为依据,对伤害等级区域进行划分,对风险进行了动态分析.研究结果表明利用该扩散模型计算的数据能定性和定量地动态分析毒性重气扩散过程的近场风险.     

基于MATLAB的液氨瞬时泄漏模拟及应急措施研究

利用高斯烟团模型建立地面瞬时泄漏源气体扩散浓度分布模型,运用MATLAB软件对模型进行数值模拟,将结果可视化,分析氨气的泄漏扩散过程,最终求得氨气云团扩散形成的中毒危险区范围和氨气云团消散失去毒害作用需要扩散的时间和距离.经计算,氨气云团扩散60s后能形成的中毒危险区范围是以x=120m,y=0为圆心,半径为50.7m的圆,氨气云团消散失去毒害作用需要扩散的时间为480s后,此时氨气云团的中心位于(1 068,0,0).该计算结果可对有毒有害气体泄漏后预测扩散危险区范围提供相关依据.     

明渠水流-水质模型的格子Boltzmann方法

建立了一个明渠水流-水质的格子Boltzmann模型(LBM),经过Chapman-Enskog展开可以得出守恒形式的二维明渠浅水动力学方程组和对流扩散方程。对于浓度场,针对各向异性的紊动扩散系数提出改进的简化LBM模型,即松弛时间在纵向和横向不一致以及平衡分布函数不含流速的二阶项,更符合宏观方程。数值模拟了污染物的非对称扩散稳态和对流扩散输送的二维稳态问题,并与理论解进行了对比,相对误差在3%以下。对于二维恒定流下事故瞬时排放污染物的动态扩散输送问题,结果较好的反映了下游取水口处浓度增值随时间变化的高斯分布,和一阶迎风有限体积通量向量分裂法(FVS)的计算结果对比相对误差不大于1.8%。本模型具有很好的并行计算性能,在环境污染模拟与预测的数值计算领域有着广阔的发展前景。     

硫酸盐环境下基于COMSOL混凝土损伤劣化模型

结合Fick第二定律和修正Davis方程,建立多离子耦合作用下混凝土在硫酸盐纯浸泡环境中离子扩散数值模拟过程,并通过化学平衡建立离子和腐蚀产物之间的定量关系,最终得到简化的硫酸盐纯浸泡模型.利用Matlab和COMSOL Multiphysics实现硫酸根离子扩散模型的建立,以时间为自变量,通过设置温度、浓度等初始条件,最终得到腐蚀物浓度、孔隙率和应变场等因变量评价参数.考虑到混凝土试件的初始建模条件和硫酸根离子腐蚀过程中的复杂因素,对扩散和腐蚀过程做了一些简化和假定,建模结果表明:硫酸根离子在纯浸泡环境下的扩散过程符合试验规律;随着模拟腐蚀进行,混凝土内部自由态硫酸根离子趋于稳定,而固化态硫酸根离子随腐蚀进行而增加;模拟结果可以结合无损检测方法利用损伤层厚度来预测混凝土耐久性寿命.     

用扩散流模型数值模拟后台阶湍流颗粒输运

建立了一个两维气固两相湍流扩散流数学模型,并且用此模型数值模拟了气固两相绕流后台阶的湍流流动.预测分析了台阶后固体颗粒的湍流输运速度,并将预测结果与Laslandes等的用两种两流体模型(k-ε-A p ,k-ε-k p )的数值预测结果及实验结果进行了比对,结果表明扩散流数学模型可以用于描述气固两相流动.它的预测效果不但与目前实用的两流体模型相当,而且还可以正确地预测固体颗粒的横向速度,在这一点上还超过了两流体模型的预测效果.     

基于SLAB的重气泄漏扩散模拟分析

简述重气云团及其扩散的相关理论,运用SLAB模型模拟某厂液氯钢瓶破裂瞬时泄漏后下风向浓度三维分布情况。得到近地处氯气泄漏扩散浓度分布曲线、敏感点浓度随时间变化曲线、浓度分布三维曲面。结果表明：厂内大部分浓度在300 mg/m3以上,位于致死区域;下风向1 500 m处敏感点暴露在50 ~ 60 mg/m3浓度区间内的时间约为60 s;三维浓度曲面呈狭长的椭圆拱形,氯气浓度58 mg/m3的曲面高度可达43 m。以上结果可为事故应急救援提供有效参考。     

地下水电站GIS电缆层SF6泄漏防护的通风数值模拟分析

地下水电站GIS电缆层存在SF6重气泄漏并引发事故的可能性,需要对其防护通风系统的设计进行研究.讨论SF6重气泄漏扩散的物理过程,通过对GIS电缆层内SF6气体泄漏量、排风量、排风口数量及位置等影响因素分别进行数值模拟,分析各影响因素下GIS电缆层内SF6气体浓度场分布的规律,为此类水电站厂房通风系统的正确设计提供依据和科学指导.     

有毒重气体连续泄露扩散模拟与风险评估

基于计算流体力学(CFD)的重气扩散模型,以氯气为例,研究在风速和障碍物大小不同的情况下,氯气连续泄漏后扩散过程的运动特征与浓度分布信息,利用Unity3D软件进行扩散过程模拟.以毒性负荷浓度分布及变化特征为依据,可对扩散区域进行伤害等级划分,为泄漏事故发生时人员疏散和逃生路线提供优选方案支持.     

简支钢梁在火灾下结构响应的分析及验证

采用有限元方法,模拟了H型简支钢梁在火灾下的结构响应,得到了瞬态温度场分布和梁挠度、转角和轴向变形的瞬态变化曲线,与试验结果比较,二者吻合,表明该方法正确可行,能够准确地预测梁出现屈曲失效的温度和时间,为火灾下钢结构的力学特性分析提供了一条行之有效的方法.本文还进一步分析了不同载荷对火灾中梁结构性能的影响.     

复杂裂缝支撑剂转向规律研究

复杂裂缝技术是页岩等非常规油气藏成功开发的关键之一,目前研究大多针对如何提高缝网复杂度,对于复杂裂缝形成后支撑剂能否进入各级分支缝的问题仍不明晰,数值模拟、室内实验提供了部分定性认识,但缺乏归纳总结形成定量规律,特别是还没有工程可用的数学模型为支撑剂粒径、压裂液排量选取提供理论依据。基于此研究现状,本文针对多级、多尺度复杂裂缝系统,提出液量分配模型以及支撑剂转向输运条件,对支撑剂在复杂裂缝内的输运行为进行预测,并采用数值模拟对模型进行验证,结果显示相较于前人模型,本文模型的预测精度更高。同时澄清了分支裂缝夹角对于液量分配的影响本质是对于分支裂缝缝宽的影响。最后应用该模型定量研究了天然裂缝开启程度对于压裂液分配情况以及支撑剂输运效果的影响,为现场支撑剂粒径、压裂液排量选取提供理论依据。     

基于流场模拟的综放面自燃危险区域划分及预测

通过对采空区渗流场的数值模拟,得到采空区渗流速度及氧气体积分数的分布.结合实验测得的煤自燃发火期和自燃临界参数,对采空区"三带"进行划分,并得到了采空区不自燃的工作面最小推进度.该方法计算量比模拟采空区煤自燃全过程少得多,预测精度却能够满足实际防灭火需要.     

气泡羽流的数值模拟

提出了一个预报圆形气泡羽流特性的k－ε－E湍流模型。对静止环境中的圆形气泡羽流流场进行数值模拟,得出了气泡羽流的流速场和浓度场。预报结果表明,气泡羽流的流速及气泡浓度在横断面上的分布为高斯型曲线分布,模拟结果与实测资料对比两者吻合较好。     

一种改进的有毒气体扩散高斯模型算法及仿真(英文)

高斯模型作为评价有毒气体泄漏后的扩散模型,因其计算量小、简单易用等特点而被广泛应用.文章对有毒气体扩散的时空特性进行了讨论,通过引入一种时间因子,对现有高斯烟团模型进行了改进,建立了以时间函数为动态变换基点的有毒气体扩散模型.将有限时间内的有毒气体连续释放过程表述为实源和一系列虚源在多个时间区段内的释放子过程的组合.根据改进的高斯模型,编程实现了基于GIS的、实时的有毒气体扩散动态仿真.仿真结果表明,该算法能够快速、准确地计算出有毒气体泄漏后的任意时间点的扩散浓度空间分布,能够较好地模拟有毒气体扩散的动态变换过程,对危险化学品泄漏事故现场的预测和评估具有很好的辅助决策作用.     

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。     

结构变化对气体燃烧器性能影响的数值模拟

对一种普通气体燃烧器和两种采用分级进料技术的新型气体燃烧器进行了燃烧的数值模拟研究,同时进行了数值模拟的可靠性实验。数值计算结果表明,结构差异是燃料气和助燃空气的流场组织不同的原因,表现为不同的燃烧火焰形状及温度分布。模拟结果对于新型气体燃烧器的设计具有指导意义。     

A numerical study on the gas fluidisation of secondary agglomerates of nanoparticles

Numerical simulations are performed on the gas fluidization of the secondary agglomerates of SiO₂ and SiC nanoparticles. An Eulerian two-fluid approach is used, which models the solids stress modulus with an empirical Jung-Gidaspow relationship and the drag force based on the secondary agglomerates. The results show the behaviour of particulate fluidisation of the secondary agglomerates of nanoparticles. The fluidised bed has a very high expansion ratio but without distinct bubbles. A three-zone distribution of time-averaged particle concentration is observed along the bed height. These are a dense zone in the lower part of the bed, a dilute zone at the top part, and a transitional zone lies in between. The radial distribution of particle concentration is found to be nearly homogeneous in both the dilute and transitional zones. The modelling results are compared with experimental results reported in the literature and reasonably good agreement has been achieved.     

高含水期油藏数值模拟技术和方法

高含水期油田剩余油在空间分布上具有高度零散的特点,利用先进的网格技术及精细油藏数值模拟技术是寻找这类剩余油分布的最科学、最实用的技术手段。高含水期油田开发层系多、开采历史长、井况变化大,精细油藏数值模拟要求网格细、模型大、模拟周期长。应用流线法和并行算法可极大地提高模拟速度,缩短模拟周期。提出了分阶段模拟的必要性和方法,阐述了动态跟踪模拟的意义及其特点。     

Computation speedup in the dynamic simulation of MEMS by macromodels

A doubly clamped microbeam actuated by electrostatic force with squeezed gas film damping is a well-known and standard micro-device in microelectromechanical system (MEMS) for many researchers to demonstrate how reduced-order dynamic macromodel is an effective way to faithfully capture the device behaviors. However it still takes time to directly recompute the time-dependant nonlinear terms in macromodels which are generated by a proper orthogonal decomposition (POD) method with Galerkin procedure at every time step during the macromodel simulation. This paper proposes two methods for speeding up the computation of macromodel simulations. In the first method, the computation speedup is achieved based on the concept of precomputation upon the basis functions are available. In the second method, cubic splines approximation is used to interpolate the basis functions and their first and second derivatives, and spatial integration is performed by application of the Gaussian quadrature. Numerical results show both methods could enhance the efficiency of the macromodel simulation compared with our previous computation results