可燃性及毒性气体在障碍物附近泄漏扩散的数值模拟

介绍了危险气体在障碍物附近泄漏扩散的数值计算模式 ,并对一风洞试验进行了模拟。通过与风洞试验数据的比较 ,数值模拟的结果与试验数据的趋势基本一致。同时 ,对危险气体在障碍物附近的扩散性质进行了讨论。     

障碍物间危险气体泄漏扩散的二维数值模拟

建立了一套基于κ-ε湍流模型的数值模拟方法,该方法适用于模拟可燃性气体、毒性气体等危险气体意外泄漏扩散时的湍流风场情况和危险气体的浓度分布情况。将数值模拟结果与风洞试验数据进行比较的结果表明,所建立的方法在模拟障碍物间危险气体泄漏扩散方面具有一定的有效性。     

有风情况下氯气泄漏扩散数值模拟研究

采用流体力学软件FLUENT的物质传输模块对不同风速情况下氯气绕障碍物泄漏扩散过程进行了数值模拟,获得了计算区域内风流场分布以及氯气泄漏随时间变化的扩散规律。结果表明在障碍物背面会形成漩涡,风流不畅使有害气体积聚不易扩散,且氯气泄漏过程存在明显的重气效应,容易向地面沉降,建筑物前方近地面处为氯气扩散高浓度区。当风速较小时,氯气扩散较慢,在越过障碍物时有直接向地面沉降趋势;当风速增大时,氯气云团在下风向扩散速率明显增大,在垂直方向扩散速率减小。     

氯气泄漏扩散影响因素的数值模拟研究

基于FLUENT的物质传输模型建立氯气泄漏扩散模型,针对不同泄漏速率、外界风速、障碍物类型等对氯气泄漏扩散进行数值模拟.结果表明,泄漏速率较大时,重气效应明显增大,下风向形成的高浓度区增大;外界风速对重气扩散浓度和扩散危险性区域有很大影响,风速较大时,重气云在下风向的扩散速率增大,在水平侧风向的扩散速率减小,在泄漏源和障碍物附近的停留时间减少,形成的危险区域较小;不同的地表条件是影响重气扩散的重要因素.     

考虑障碍物分布和风速影响的天然气泄漏扩散研究

采用FLUENT软件对不同风速和障碍物分布下的天然气泄漏扩散进行了数值模拟。得到了甲烷在不同障碍物分布、风速影响下的扩散规律和甲烷的浓度分布规律,为有效预测天然气泄漏扩散的影响范围提供了依据。结果表明,在泄漏孔附近浓度和速度都很大,风速越大,天然气往下风方向输送的作用越明显;天然气的泄漏速度对扩散有明显的影响,速度越大扩散的高度越高;受障碍物高度的影响,扩散主要表现为天然气沿着障碍物壁面扩散和天然气发生偏转;受障碍物到泄漏孔距离的影响,天然气扩散主要表现为迎风面对天然气的阻挡作用。     

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。     

液氯瞬时泄漏扩散的数值模拟

在箱模型的基础上,用适当简化方式对高压常温液化贮存的液氯泄漏扩散进行了数值模拟,充分说明了重气效应的影响;通过数值模拟,认为云团液滴汽化、温度变化的这一短暂过程可近似看成是云团在泄漏源处的重力沉降,以一合适的初始半径高度比,作常态氯气泄漏扩散考虑,使得计算简化。这种近似模拟结果与液氯泄漏扩散模拟结果基本相近,如下风向距离浓度等。以常态氯气泄漏扩散近似高压液化贮存氯气扩散,其初始半径高度比取决于风速,与泄漏介质的量及大气稳定度无关。     

坡面天然气管道泄漏扩散数值模拟

利用CFD仿真软件对坡面天然气泄漏扩散过程进行了数值模拟,分析了泄漏扩散过程,风速及泄漏倾角对泄漏扩散的影响。研究结果表明,泄漏1 s内,甲烷主要集中在坡面附近;泄漏5 s时,甲烷已经扩散到整个区域,且浓度爆炸下限最高达到7.81 m,在地表及坡面形成了涡流;随着泄漏倾角的增加,危险区域逐渐增大;泄漏倾角为15°时,风速影响较小,泄漏倾角为10°时,风速影响较大,泄漏气体主要沿地表扩散;为天然气安全输送及紧急预案的制定提供一定的理论依据。     

重气云团瞬时泄漏扩散的数值模拟研究

事故性泄漏多形成重气云团 ,其扩散行为与非重气云团有很大的不同 ,主要包括重力沉降、空气卷吸、云团加热和向非重气云团转变四个阶段。文中从控制重气云团扩散行为的微分方程入手 ,根据箱模型(boxmodel)及其他一些重气扩散模型 ,如IITHeavyGasModels模型和虚点源模型 ,采用向前插分和牛顿迭代的方法 ,针对ThorneyIslandTrialNo .0 0 8试验进行了数值模拟 ,得到了重气云团外形尺寸 (云团半径和云团高度 )和空气卷吸量随时间的变化关系以及下风向固定点处地面最大浓度值。数值模拟结果较好地反映了重气云团所特有的扩散行为。针对数值模拟结果与试验实测值之间存在的偏差进行了分析 ,结果表明 ,采用该方法进行重气云团瞬时泄漏扩散模拟是可行的 ,且模拟精确度高于IITHeavyGasModels模型     

乙烯储气瓶泄漏扩散数值模拟研究

乙烯是重要的化工原料,且属于易燃易爆气体.由于其大量的应用,在储存与运输过程中容易出现泄漏问题.本文基于有限体积方法建立了其泄漏扩散的模型,得出了其数值计算方法.通过模拟分析得到了乙烯的泄漏扩散规律.分析结果可以为处理该类气体的泄漏扩散事故提供参考.     

圆柱形可燃气云爆炸实验研究与数值模拟

与半球形可燃气云模型相比,圆柱形模型更接近于气云爆炸事故的实际情况。进行了乙炔浓度7.75%、气云体积0.26m³的圆柱形可燃气云爆炸实验,记录了距气云中心1.2 m与1.6 m两点的爆炸超压。建立了描述气云爆炸的理论模型,采用SIMPLE算法编制了计算程序。计算结果经实验数据考核,最大与平均相对偏差分别 为18.3%与5.4%,证实程序满足气云爆炸模拟与预测的要求。研究结果显示：爆炸流场不具备球形对称的性质,爆炸超压与火焰传播方向有关,当气云高径比0.2时,沿地面方向的最大超压可达垂直方向的3.3倍;气云体积不变而形状变化时,爆炸强度随着高径比的增大而增大,高径比1.0时的最大超压可达高径比0.1时的3.1倍;气云高径比降低时,火焰传播距离增大,燃烧时间增长,气云释能速率下降,因此爆炸超压降低。研究结果对可燃气云爆炸灾害的预测具有一定的指导意义。     

超音速喷管内准一维气相流动建模与数值模拟

通过理论分析建立考虑壁面摩擦和换热影响的喷管内气相准一维流动数理模型,在气动方程组矢通量分裂基础上,采用有限差分方法对其变体形式进行离散,空间导数采用五阶精度WENO格式,时间导数采用三阶精度三步TVD龙格库塔方法,在Fortran平台上进行编程和计算,进行模型方法验证和参数研究。结果表明,在适当选取摩擦修正因子时,数值模拟与实验数据吻合较好,验证了数理模型、数值计算与求解方法的有效性。喷管半扩张角增大时,出口气流速度和马赫数增大,而静压减小;进口总温提高时,出口速度显著升高,但由于壁面摩擦和换热加剧,相应的出口马赫数会减小;进口总压提高时,出口气流速度并不显著增大;壁面温度升高时,出口气流速度和马赫数均减小。     

Direct numerical simulation of turbulent particle dispersion in an unbaffled stirred-tank reactor

Turbulent dispersion of inertial particles in a flat-bottom stirred-tank reactor equipped with an eight-blade Rushton impeller is investigated using accurate numerical techniques (Verzicco et al., 2004, Flow in an impeller-stirred tank using an immersed-boundary method. A.I.Ch.E. Journal, 50(6), 1109-1118.). Direct Numerical Simulation of the turbulent flow field in the vessel is obtained using a second-order finite-difference scheme coded in a cylindrical reference frame, and an immersed-boundary approach is used to simulate the motion of the impeller. The flow scales are resolved explicitly down to the Kolmogorov scale. To give a comprehensive picture of the turbulence structure in the vessel, angle-resolved averages of turbulent kinetic energy, turbulent energy dissipation rate and Kolmogorov time-scales are evaluated in vertical planes aligned with the blade and mid-way between two blades. The dispersion of heavy particles of different diameter is then investigated by Lagrangian tracking. The particle-to-fluid mass loading ratio is low enough to assume one-way coupling momentum transfer between continuous and dispersed phase. Three sets of particles, characterized by different response time, are investigated and, for each set, two equal, randomly distributed swarms are initially released above and below the impeller, which is placed mid-way between top and bottom of the tank. Statistics calculated after 3 impeller revolutions are used to evaluate the evolution of particle dispersion in the flow and to quantify their preferential accumulation into specific regions of the tank.     

FLUENT软件模拟管壳式换热器壳程三维流场

基于各向异性多孔介质与分布阻力模型、修正k-ε模型和壁面函数法,对普通管壳式换热器壳程流体的流动与传热,利用FLUENT软件进行了三维数值模拟。计算了不同流体初速下,管壳式换热器壳程的速度场、温度场和压力场,计算结果与实际情况相符,得到了有参考价值的结论。     

热管废热发生器烟气流场的数值模拟

烟气驱动的热管废热溴化锂制冷机中热管废热发生器是机组损失最大的部位,为了较为精确地描绘出其烟气流动状态参数的分布,建立了热管废热发生器烟气流场的三维数值模型,其中紊流模型采用了k-ε双方程形式,然后利用SIMPLE算法,借助Fluent软件进行了模拟计算并得出了烟气流动过程中温度压力等流动状态参数的分布图。     

Three dimensional laminar dispersion in open and closed rectangular conduits

The effect of side walls on the dispersion process in open and closed rectangular ducts is studied. As the aspect ratio increases, the steady state convection coefficient approaches an asymptotic value, obtained by neglecting side wall effects. However, the dispersion coefficient does not reduce to that for a flow with no side walls. The asymptotic steady state dispersion coefficient is about eight times larger than that obtained by neglecting side wall effects.The time dependent behavior of the convection and dispersion coefficients is also studied and it is shown that the real time required to reach the corresponding steady state value may be very large even for turbulent systems. In such cases simple constant coefficient models lead to serious error, and the present approach is a useful alternative.A simple approximate method of calculating the time dependent dispersion coefficient by adding the contribution of vertical and horizontal gradients, is shown to be useful over a wide range of operating conditions.This work provides a basis for studying three dimensional unsteady convective diffusion which occurs in various separation processes, including chromatography, electrophoresis, ultrafiltration and other systems.     

筛孔塔板干板压降的数值模拟

分别应用标准k-ε模型、RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型3种湍流模型并结合有限体积法,在不同空塔气体动能因子下数值模拟了筛孔塔板(0.38 m)的干板压降。数值计算结果分别同Hughmark-O'connell和Leibson实验结果进行了比较,吻合较好。通过模型对比,发现RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型计算结果同实验结果比较接近,标准k-ε模型的计算结果误差较大。利用RNG k-ε模型研究了塔板厚度、筛孔直径同塔板干板阻力系数的关系曲线,随着筛孔直径和塔板厚度的增加,塔板阻力系数增加,相对于塔板厚度,筛孔直径的大小对阻力系数的影响更大。证明了计算流体力学在筛孔塔板干板压降的研究中有一定的可行性。     

矩形微通道中环状冷凝的三维数值模拟

建立了恒热流边界条件下矩形微通道中环状冷凝过程的三维模型。通过求解气相和弯月面区动量和质量方程及薄液膜厚度方程,得到了弯月面毛细半径分布、冷凝液膜厚度分布,以及传热系数和壁面温度分布。薄液膜区液膜将沿程逐渐增厚,到达一极值后再逐渐变薄。在通道截面中,薄液膜区的传热系数大于弯月面,最大局部传热系数及壁面最高温度皆位于薄液膜区和弯月面的连接处。[JP2]在冷凝起始段,通道横截面平均传热系数沿程急剧减小至一极值;在此之后的很长一段距离内,则基本保持不变;[JP]直至接近环状冷凝终点时又再次沿程减小。