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。     

障碍物附近可燃性气体泄漏扩散的三维数值模拟

建立了一套适用于求解可燃性气体意外泄漏扩散时,可燃性气体浓度分布的三维数值模拟方法。对设置有障碍物的可燃性气体扩散风洞实验进行数值模拟,并将数值模拟结果与风洞实验数据进行比较。数值计算结果与风洞实验数据吻合得很好,两者浓度分布的趋势基本一致。数值模拟结果在一定程度上反映出可燃性气体扩散的浓度分布情况以及障碍物附近的气流和湍流情况,证明所建立的三维数值模拟方法在模拟障碍物附近可燃性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.     

危险液化气体瞬时泄漏扩散数值模拟研究进展

危险液化气体瞬时泄漏事故是化工工业中重大潜在灾害,急速爆炸会产生急速膨胀的二相蒸气云,因此事故本身既有对化工设备造成的物理爆炸危害,同时也会导致危险介质的扩散。文中概述了化工设备瞬时爆炸事故研究的历程,综述了计算流体力学技术(CFD)在预测液化气体瞬时泄漏事故后果中的应用,指出CFD技术虽然涉及的物理模型非常复杂,计算量较大,但模拟结果可以涵盖流场中包括微观液滴群的大量介质信息,可为节约研究成本和理论发展提供了可靠的研究工具。文中还对事故研究发展和CFD模拟技术应用模式前景提出了展望。     

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。     

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。     

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。     

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。     

危险有害物质泄漏扩散风险分析

介绍有害物质泄漏扩散数学模型：高斯模型和重气扩散模型，并分别运用高斯烟团模型和重气盒子模型对液氯泄漏扩散案例进行了模拟计算，反映出有害物质扩散半径、温度、高度及浓度等参数的变化规律，并对两种模型计算结果进行比较。认为泄漏介质密度大于空气的应运用“重气扩散模型”，制定风险对策时应结合当地实际情况对计算结果进行修正。     

密炼机部分充满流场的二维非稳态数值模拟

以两相流模型为研究对象,利用流体力学软件FLUENT的流体体积函数（VOF）模型和动网格技术,对部分充满密炼机内的丁苯橡胶胶料-空气两相流动进行二维非稳态数值模拟,对胶料空间分布和不同区域的流场进行了详细分析。结果表明,利用VOF模型可以较真实地模拟出胶料自由界面的动态变化,得到胶料-空气两相的瞬时分布;密炼机部分充满时胶料受到转子剪切后在密炼室壁上黏附形成胶料层,转子背后形成空隙,较容易实现物料的传递和交换;适当的填充系数能够使转子棱推进区总是充满物料,且能提供较高的剪切应力使填料聚集体破碎分散;在转子背后形成不被胶料占据的空隙,扰动胶料的层流流动,并促进胶料的运动、反转和交换。     

泡沫液在均质多孔介质内动态驱替过程的二维数值模拟研究

利用随机泡沫数目守恒模型,针对具有收缩进口及收缩出口的均质多孔介质二维模型,对泡沫流体驱替突破前的动态过程开展了数值模拟研究。采用IMPES方法对二维两相泡沫动态驱替过程的控制方程组进行求解,通过液相压力、液相饱和度、气泡数目等参数在多孔介质内的分布结果对泡沫动态驱替特性进行了分析研究。数值模拟结果表明,泡沫驱替过程显示出明显的入口效应,其压力分布、液相饱和度及泡沫数目分布随气体与活化剂溶液在缩小入口的注入呈现明显的发展过程。在泡沫液未完成驱替突破的情况下,缩小出口未显示出对泡沫液驱替特性的影响。数值计算结果与相应实验结果趋势一致,表明所采用的随机泡沫数目守恒模型能够正确表征多孔介质中泡沫的生成及湮灭机理,进而对泡沫液在均质多孔介质内的动态驱替特性进行准确模拟和预测。     

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。     

Two dimensional numerical computation of a circulating fluidized bed biomass gasifier

A two dimensional model for an atmospheric CFB biomass gasifier has been developed which uses the particle based approach and integrates and simultaneously predicts the hydrodynamic and gasification aspects. Tar conversion is taken into account in the model. The model calculates the axial and radial distribution of syngas mole fraction and temperature both for bottom and upper zones. The proposed model addresses both hydrodynamic parameters and reaction kinetic modeling. Results are compared with and validated against experimental data from a pilot scale air blown CFB gasifier which uses different types of biomass fuels given in the literature. Developed model efficiently simulates the radial and axial profiles of the bed temperature and H₂, CO, CO₂ and CH₄ volumetric fractions and tar concentration versus gasifier temperature. The minimum error of comparisons is about 1% and the maximum error is less than 25%.     

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.     

聚合物多层共挤成型离模膨胀过程的三维黏弹性数值模拟

共挤成型中,聚合物黏弹特性与过程参数波动的耦合作用会产生波动的离模膨胀,使得根据共挤制品的形状设计相应的共挤定型口模在工程上仍是一项技术挑战。基于这一技术问题,通过建立的稳态有限元数值算法,系统研究了过程参数和黏弹性流变性能参数对共挤成型离模膨胀的影响规律和机理。研究结果表明,多层共挤口模芯壳层熔体离模膨胀是由熔体的二次流动引起,主要取决于芯壳层熔体二次流动的方向与强度。熔体二次流动的方向与第二法向应力差的正负号有关,而熔体二次流动的强度则与第二法向应力差大小呈正比。芯层熔体的离模膨胀与口模出口和混合区进口处芯层熔体向外的二次流动强度呈正比,而壳层熔体的离模膨胀取决于壳层熔体内外界面向外的二次流动的相对强度。研究还表明芯、壳层熔体及口模整体的离模膨胀随着壳层熔体黏度的增大而增加,而随着壳层熔体进口流量的增大而减小。     

稀薄气体在高温烧结矿中燃烧的数值模拟

基于计算流体力学软件FLUENT,对烧结机不同位置风箱所抽烧结废气当中含有的可燃物质(主要为烃类、H2、CO)采用环冷机上高温熟料燃尽的手段进行数值模拟,得出了6种不同配比的CH4,CO及H2在600,500,400℃的烧结矿温度下分别对应的各自可以燃尽所需的料层厚度。分析了各种组分在改变温度、物质的量分数和料层厚度的情况下燃烧的变化规律,试验结果为烧结生产的余热回收和污染物减排提供了参考。     

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。