高压氢气泄漏扩散数值模拟

氢气作为未来能源的载体前景十分广阔，随着氢气的广泛应用，高压氢气的泄漏事故的产生将不可避免。本文基于FLUENT软件的物质传输与反应模块建立了输氢管道、储氢罐泄漏扩散的模型，提出了研究氢气泄漏扩散的数值模拟方法。通过模拟求解得出了氢气含量在模拟区域的分布等结果。对结果进行分析，得到了氢气泄漏后的扩散特性。研究结论可以为处理高压氢气泄漏提供一定参考。     

特定生产现场纳米粉体泄漏扩散的数值模拟

运用计算流体动力学软件FLUENT对某厂生产厂房内纳米粉体泄漏扩散进行模拟,分析大气风速、射流方向对粉体泄漏的扩散浓度和危险性区域的影响。结果表明:大气主导风速对气体扩散浓度和危险性区域影响较大,射流方向和风速一致时,vx=-3 m/s比在vx=-1 m/s条件下危险性区域扩大4 m,分析得出vx=-2 m/s时,扩散区域在x=28～35 m,y=25～28 m,z=1～4 m内。采用三维激光多普勒测速技术,对生产现场100∶1缩微模型进行速度场测量,并将测量结果与数值模拟结果进行对比。结果表明:两者颗粒速度基本吻合,说明采用计算流体动力学技术对生产现场纳米粉体泄漏扩散行为的模拟是可行的。     

液氢泄漏扩散数值模拟研究

通过ALOHA软件进行了不同风速、环境温度、泄漏量扩散模拟,分析了不同风速、温度、泄漏量条件下的扩散规律。结果表明,泄漏扩散距离随着风速的增大而变小,风速越大,泄漏扩散范围越小;泄漏扩散距离随着环境温度的升高而变大,温度越高,泄漏扩散范围越大;泄漏扩散距离随着泄漏量的增加而变大,泄漏量越大,泄漏扩散范围越大。将液氢蒸发和氢气扩散试验的体积分数数据与ALOHA软件模拟数据进行对比,结果表明:ALOHA软件对氢的体积分数值模拟结果具有良好的精度,在液氢泄漏事故应急中具实用性。     

高压氢系统氢气利用率研究

随着氢燃料电池和电动汽车的迅速发展与产业化，世界各国都高度重视加氢站的建设。本文对加氢站高压氢系统氢气利用率进行了较为系统的研究。提出了加氢站一级加注与多级加注氢气利用率的计算方法，并以42MPa以及75MPa级加氢站为基础，对加氢站一级加注和多级加注的氢气利用率和连续充装能力进行分析。研究结论可以为加氢站储气系统参数的选取提供一定依据。     

关于氢气加氢站消防安全的分析研究

本文介绍在国家标准《氢气加氢站技术规范》编写过程中对加氢站等级划分、安全距离、通风和防爆安全措施等方面的消防安全问题的分析研究。     

光面式高压氢气泄漏快速可视化检测方法及数值仿真研究

针对高压氢泄漏扩散的检测问题,国内外学者利用实验和数值模拟等方法进行了相关研究,提出了一些检测方法,这些检测方法结果可靠,但是普遍存在反映速度慢的不足。本文提出了一种光面式高压氢气泄漏快速可视化检测方法,利用半导体激光器发射激光,通过柱面透镜组及反射镜后形成光面（laser sheet）照射储氢罐,利用安装在储氢罐上方特定位置的CCD相机拍照采集图像并传输至计算机,经数字图像处理后对高压氢气泄漏情况进行鉴别。基于该方法开展仿真实验,建立高压氢气射流的分层流动模型,实验结果与前人研究的实验公式吻合,证明了该方法的可行性;开展了泄漏口直径为1 mm 时3,5,7 MPa压强的仿真实验,以及压强为5 MPa时泄漏口直径为0.5,1,1.5 mm的仿真实验,获得了高压氢气泄漏口直径与特定高度、气射流边界层直径的解析关系,以及高压氢气压力与射流边界层直径的解析关系,为实现高压氢气泄漏快速准确检测提供了有力支撑。     

氨制冷机房氨气泄漏扩散的数值模拟

本文选取氨制冷机房作为典型场景,应用计算流体力学方法研究氨气泄漏扩散规律,采用Fluent软件对无通风及上下通风情况下的制冷机房氨气泄漏扩散进行了数值模拟。分析了氨气泄漏后不同时刻制冷机房纵剖面和横截面氨气浓度分布,研究了不同泄漏量下氨气浓度随高度变化的特征,提出了氨气报警器偏上安装的建议。对比上进风下排风和下进风上排风两种应急排风方案泄漏扩散的数值模拟结果,提出了应急排风进风口偏下设置的建议。     

空间约束对液氢泄漏扩散过程的影响研究

基于计算流体力学方法,建立了大规模液氢泄漏扩散的数值模型,采用美国国家航空航天局(NASA)1981年的液氢泄漏实验数据验证模型可靠性。为了研究空间约束对液氢泄漏扩散过程的影响,在泄漏口上风向和下风向分别设置障碍物,模拟研究液氢泄漏蒸发形成的氢气云团的扩散过程,分析得到了云团的运动规律与云团浓度下降至低于可燃浓度的时间、云团扩散的最高和最远的距离等重要参数。对比无障碍情况下液氢泄漏扩散过程,发现在泄漏口附近设置障碍物能够使可燃氢气云团扩散达到的最大高度降低44.0%,同时云团在水平方向所达到的最远距离显著减少65.7%。并且发现在泄漏口上风向设置障碍物能够加快氢气云团的扩散速度,相比无障碍物工况氢气云团浓度降至低于可燃范围的时间缩短了15%,能够减轻发生火灾的风险;而在泄漏口下风向设置障碍物则使云团浓度降至低于可燃范围的时间相比无障碍工况延长64%,增加了发生二次事故的可能。     

非恒定浮升效应下冷氢气扩散特性

建立了描述开敞空间低温氢气扩散行为的三维数值计算模型,综合考虑非恒定浮升效应和大气风场边界层分布,研究氢气与空气的混合对流行为,并分析了气云温度变化对扩散过程的影响。结果表明,低温氢气在开敞空间的扩散过程表现为强制对流主导、强制对流和自然对流共同作用以及自然对流主导3种形式;在混合对流机制支配下,气云内部温度分布不连续,■比值数和云团形状也呈现出一定的周期性特征;在持续泄漏条件下,云团最远距离和最大高度最终达到周期性稳定状态。     

氢泄漏稳定扩散场数值模拟与回归建模研究

研究了室外无风环境下高压储氢容器泄漏稳定扩散问题。首先应用组分传输模型以及计算流体力学软件FULENT的Realizable湍动能-耗散率(k-ε)模型对泄漏扩散过程进行模拟和数值仿真,得出了泄漏口附近稳定扩散对称面氢气浓度分布图。在此基础上,对仿真获得的扩散浓度数据,采用依次针对射流方向和射流垂直方向进行回归分析的方法,建立了10MPa压力储氢容器漏孔直径为1mm时泄漏稳定扩散场的参数模型。结果表明,数值模拟计算与理论预测的流场基本吻合,而稳定扩散场的参数模型反映了数值仿真结果,并具有一定的推广能力。     

纤维缠绕高压氢气瓶火烧温升试验及数值研究

纤维缠绕高压氢气瓶是氢燃料电池汽车储氢系统的关键设备。气瓶在使用中如果遭遇火灾意外,可能导致氢气泄漏、爆燃甚至爆轰等危险。为研究气瓶在火烧情况下的安全性能及内部气体的温升规律,进行了火烧试验研究,得到了气瓶外表面的温度场分布及内部气体的温升规律．结果表明内部气体的温升速率很小．且与外表面存在较大温差。然后以试验数据为基础建立3D数值模型。对火烧时气瓶内部气体的温升进行模拟,并对试验结果和模拟结果进行比较分析．表明所建立的模型能较为准确的模拟气瓶火烧试验时的内部温升,该模型为进一步研究气瓶火烧试验奠定了基础。     

载人航天器舱内气体泄漏数值模拟分析

针对载人航天器舱内气体在太空中的泄漏问题,提出内外舱同时升压法来进行数值模拟计算,引入无量纲参数气体泄漏因子来判定气体泄漏量。采用基于Simple算法的有限体积法,对载人航天器舱内气体泄漏状态进行仿真,并分析了气体泄漏过程中影响参数。结果表明:增加镀铝薄膜层厚度和减小镀铝薄膜层材料孔隙率都能同时减弱气体泄漏因子,使气体泄漏量降至最小。     

综合管廊截面形式对燃气扩散规律影响研究

利用Fluent建立数值模型,模拟计算在不同的截面面积和宽高比下综合管廊内燃气泄漏扩散规律。结果表明：同一泄漏量下,截面面积主要影响管廊内燃气整体浓度分布,截面宽高比主要影响泄漏口附近燃气浓度与截面的最大浓度;截面面积与燃气扩散速度呈负相关关系,截面宽高比对燃气扩散速度影响不大;通风能有效稀释燃气浓度,截面形式会影响管廊内的通风稀释效果;综合管廊截面面积越小、宽高比越大,危险性越大,通风稀释需要的通风量越大。     

可快速为燃料电池电动汽车和氢内燃机汽车充装氢气的制氢加氢站系统

本文论述了制氢加氢站对发展我国氢燃料电池、燃料电池电动汽车、能源经济的重要性、必要性和紧迫性，论述了如何利用我国现阶段自有装备技术、工艺技术设计建造成我国第一座制氢加氢站以及该站对我国今后建造加氢站所起到的示范与指导作用。重点阐述了制氢加氢站系统及工艺方法的创新和系统中关键设备的自主创新，为今后建设加氢站创立了新的思路。     

管廊内燃气泄漏扩散的模型试验与数值仿真

对于气体泄漏的几种释放量进行了模型试验,并在模型试验的基础上,数值模拟了在带有燃气管道的共同沟中燃气泄漏后的摩尔组分浓度分布。针对几种经典的湍流模型,对试验情况进行了数值仿真。对比模型试验结果发现,在气体泄漏点的一定范围内,标准k-ε湍流计算模型能够模拟燃气的泄漏,数值计算的燃气摩尔组分浓度能够满足工程精度要求。     

空间站舱外泄漏羽流场数值模拟与解析解研究

密封性能在保证空间站正常运行中极其重要。本文针对空间站运行过程中可能发生的舱外氨气泄漏,建立了太空真空环境中气体分子运动的物理模型,运用直接蒙特卡洛模拟方法对泄漏到太空中的气体羽流场进行数值模拟,得到羽流场的气体密度分布规律,并通过求解无碰撞的玻尔兹曼方程得到羽流场粒子密度分布的解析解,最后验证了解析解的正确性,以期为未来空间站的在轨检漏提供理论支持。     

城市公路隧道峒口污染物扩散的数值模拟与分析

根据大气扩散方程建立公路隧道峒口污染物扩散的物理数学模型,并对某城市隧道峒口在冬、夏两季主导风向情况下CO扩散情况、浓度分布进行了数值模拟。数值计算结果表明,在距地面1.5m的标高上CO集中隧道引道坡附近,对人行道附近人员影响较小;在横向风向下,局部地区CO浓度超标。     

轴流泵叶顶泄漏涡空化的数值模拟与可视化实验研究

该文以某一等比例缩放模型泵为研究对象,采用修正的SST k-ω湍流模型和空化模型,对额定工况下轴流泵叶顶泄漏涡空化流进行了数值模拟,并与高速摄影结果进行了对比分析。探讨了叶顶区域泄漏涡空化流场结构,揭示了不同空化数下空化发生位置和空泡形态演变过程。研究结果表明,改进的数值模拟方法准确计算了叶顶区域空化流场的流动结构;轴流泵的初生空化为叶顶间隙空化和叶顶泄漏涡空化,随着空化数σ降低,叶顶泄漏涡卷吸区也出现了剪切层空化;在空化数较小工况下,沿着叶片吸力面在轴向形成空泡云,并在叶片尾缘存在周期性的空泡脱落和爆破过程,破坏了流动稳定性,并诱导产生空化噪声。