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。     

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。     

液氢泄漏扩散数值模拟研究

为了探讨开阔空间中风速对液氢泛溢后形成的氢气云团扩散行为及其事故后果的影响,通过使用计算流体动力学（CFD）软件FLACS,模拟了不同风速条件下液氢泄漏后氢气云团的扩散特性。首先模拟了液氢在泛溢过程中的物理行为,分析了氢气云团在不同风速作用下的扩散模式。随后通过模拟氢气云团的点燃过程,评估了风速对液氢大规模泄漏后可能引发的爆炸事故后果的影响。结果表明,风速是影响氢气云团扩散和燃烧的关键因素,其大小对氢气云团的稳定性和爆炸范围具有显著影响。研究为液氢储存和运输过程中的风险评估提供了重要的理论依据,并为相关安全措施的制定提供了科学指导。

     

液氢泄漏扩散及安全预防研究进展

液氢储罐失效、人员操作不当和储罐意外撞击等会导致液氢泄漏。液氢泄漏后会迅速扩散并从周围空气、地面和建筑物表面吸收热量形成可燃氢气云。如果形成的可燃氢气云不能在短时间内稀释扩散,遇到明火会造成极大安全隐患。因此,系统研究液氢泄漏后的扩散规律,采取相应风险预防技术,对液氢安全储运至关重要。为此,综述了国内外液氢泄漏扩散行为和液氢泄漏安全防范措施的研究现状,并对液氢安全预防技术及未来研究的重点提出了建议。     

液氢零蒸发储存系统研究现状与展望

液氢储能密度大,应用前景广泛,实现零蒸发储存是液氢储存的目标。介绍了过热蒸气模型、两相流三维理论模型和三区模型等五种典型的理论模型。通过对模型的分析,总结了模型的发展方向主要为大型液氢储罐热分层和自增压现象的理论研究。分析了目前液氢零蒸发储存系统的关键技术,包括被动热防护技术、主动热防护技术和压力控制技术三个方面,指出了绝热材料性能、20 K温区制冷机效率和蒸气冷屏（VCS）为重要的发展方向。对国内外液氢零蒸发储存系统的发展进行了系统性的概述,分析了不同液氢零蒸发储存系统的实验结果,以及特点和不足。最后针对液氢零蒸发储存系统的发展提出了展望。     

围堰对液氢泛溢过程影响的数值研究

建立了开放空间中液氢泛溢过程的物理模型和三维非稳态CFD数值计算模型,并评估了不同湍流模型对数值计算结果的影响.与Standard k-ε模型相比,采用Realizable k-ε模型和RNG k-ε模型得到的计算结果与实验结果吻合的更好.在此基础上,选取Realizable k-ε模型对带围堰和不带围堰时液氢泛溢进行...     

氧氮相变对液氢泛溢过程数值模型的影响分析

基于计算流体力学的方法,构建了大规模液氢泛溢情况下的两相多组分流动的NavierStokes方程以及湍流封闭方程,建立了大规模液氢泛溢的数值模型。利用美国国家航空航天局于1981年完成的大规模液氢泛溢实验的数据进行了模型验证,并比较了模型在考虑和未考虑氧和氮相变2种情况下的数值计算结果,发现考虑了氧和氮相变的数值计算结果,相比于没有考虑氧和氮相变的数值计算结果,更加接近实验结果。     

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。     

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。     

加氢站高压低温氢气泄漏扩散数值研究

为了明确加氢站发生高压氢气泄漏后形成可燃区域的分布特性,进行了某加氢站中的35 MPa和70 MPa加氢机发生泄漏事故的数值模拟。研究了泄漏孔径和氢气预冷温度对稳态可燃区域分布形态和体积的影响。计算结果表明,70 MPa加氢机泄漏形成的可燃区域体积约为35 MPa加氢机的两倍。泄漏孔尺寸对可燃区域体积有非常显著的影响。随着预冷温度的降低,射流边界层的气流速度降低,氢气质量分数增大,且后者对稳态可燃区域体积的影响更大,尤其在发生中孔泄漏时,随着氢气预冷温度从300 K降低至240 K,35 MPa加氢机泄漏形成的可燃区域体积从5 590 m³增加到16 835 m³,增长率为201.16%,同时可燃区域的形态从“平面”转换到“羽状”。     

连续隧道洞口间烟气扩散特性研究

当上下游隧道的洞口间距较短时,上游隧道的火灾烟气可能扩散至下游隧道,对下游隧道造成影响。采用CFD数值模拟方法建立连续隧道模型,对不同纵向风速、不同火源位置、不同热释放率、不同洞口间距以及不同横向风速下的烟气窜流情况进行模拟分析。结果表明：（1）上游隧道纵向风速的增大将导致烟气往下游隧道方向水平扩散的距离增大,因此,烟气的窜流量增大;（2）火源距离上游隧道出口越远,热释放率越小,上游隧道出口处烟气温度就越低,烟气的水平惯性力上升,更容易窜流至下游隧道;（3）烟气窜流随着洞口间距的增大而不断减弱,当洞口间距足够大时,不会出现烟气窜流的现象;（4）当存在横向风时,洞口间烟气的流动轨迹会发生偏移,并且烟气窜流会随横向风速的增大而减弱。     

换热器试验台节流管道气蚀现象数值模拟分析

对于换热器试验台水管路中发生的气蚀现象,应用数值计算方法,模拟了流体在管道节流中气蚀的过程;分析了在不同出口压力下,管路中沿程含水量、沿程压力变化等规律。数值计算结果可对管道中气蚀产生及溃灭的位置进行预测,并对相关节流装置气蚀的分析提供参考。     

弱可压缩性对液氢输送泵性能影响的数值研究北大核心CSCD

为考虑液氢的弱可压缩性,基于真实流体物性的PR方程,通过CFD仿真对高速液氢离心泵不同转速下空化断裂前的工况进行了数值模拟,对比分析了不可压缩流动和弱可压缩流动两种流动状态下的未空化高速离心液氢输送泵内流场分布、液氢泵扬程和效率等性能。研究结果表明,液氢工质的弱可压缩性不可忽略,将对泵内流场分布和能量耗散有显著影响,最终使泵的效率和扬程的降低。     

流体性质对固液两相流离心泵的性能影响研究

运用数值计算软件Fluent6.2,以山西省某火电厂固液两相流泵离心泵为实例,对泵内流场进行数值计算,研究流体性质如介质粘度、介质浓度等对固液两相流离心泵性能的影响.在此基础上分析其运行效率低、局部磨蚀严重现象的原因.以期为火电厂固液两相流离心泵的设计及改造提供可靠依据.     

扩散角对音速喷嘴临界背压比影响研究

对符合ISO 9300要求,具有扩散角2.5°、4°、6°,喉径为5mm和10mm的6个音速喷嘴的临界背压比进行了测量,发现扩散角对临界背压比有明显影响,且影响随音速喷嘴喉径的减小而增加。采用数值模拟方法对实验结果分析表明,不同扩散角带来的音速喷嘴扩散段激波位置的差异导致了音速喷嘴临界背压比的不同。     

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。     

仲氢转化对液氢无损储存的影响研究

针对液氢无损储存(不放空)模型,将仲氢转化制冷技术与之相结合,建立转化过程的无损储存数学物理方程,进行仲氢转化制冷对液氢无损储存的影响分析,分析了储罐压力和初始充满率等因素的影响。结果表明,仲氢转化制冷技术对于延长液氢无损储存时间是有效的,延长率达到18%。     

Sc数对湍流被动标量扩散的影响

对无剪切湍流混合层中被动标量的扩散进行了直接数值模拟.结合烟粒子扩散风洞实验研究了不同Sc数对被动标量扩散的影响.DNS中被动标量的Sc数取为0.2和3.平均标量场基本上与Sc数无关,脉动标量方差随着Sc数的增加而增加,当Sc>1时,无量纲的质量通量与Sc数基本无关,而Sc=0.2时的质量通量与Sc>1的质量通量有较大的差别.