振弦栅收集电焊烟尘特性的数值模拟

为高效、低投入地处理电焊烟尘,得到过滤系统净化电焊烟尘的最佳设计参数,选择ICEM-CFD软件建立栅过滤系统的几何模型并进行网格划分,选用标准(Standard)k-ε模型、离散相模型(DPM),利用FLUENT软件对电焊烟尘过滤效率主要影响的单因素进行模拟计算。研究结论表明,用栅过滤系统过滤电焊烟尘颗粒时,振弦栅的栅丝直径、间距所决定填充率是过滤效率的直接决定因素;栅丝层间距是过滤效率的间接影响因素;通过探究振弦栅对电焊烟尘过滤效率的影响规律,进而为振弦栅的实际应用提供理论基础。     

气固两相流下球阀磨损特性研究

旋塞球阀是钻柱内防喷系统中的关键设备,在气固两相流下球阀易受磨损而失效,并造成严重的井喷事故。为此,将计算流体动力学理论与冲蚀磨损理论相结合,运用FLUENT软件对球阀壁面在气固两相流下的磨损分布情况进行研究,并进一步分析了球阀结构参数对于球阀壁面磨损的影响规律。结果表明:当气固两相流流经球阀时,固体颗粒会与气流分离,并在壁面上产生三处磨损集中区;随着球阀开度的减小,球阀壁面磨损量会急剧增大,且阀球内通道壁面上的磨损集中区由块状逐步转化为带状,而球阀出口处的磨损集中区则会逐渐向下移动;球阀流道直径的减小也会使得壁面磨损量增加,但磨损集中区的分布基本不变。研究结果可为进一步优化球阀流道结构以减轻其壁面磨损提供理论依据。     

受限空间内湍流模型对气体扩散仿真结果的影响

针对受限空间内气体扩散问题,为研究不同湍流模型对气体扩散仿真结果的影响 ,选取FLUENT软件中工程应用较为广泛的湍流模型为研究对象,以相关气体扩散实验为 参考,构建数值仿真模型,在初始和边界条件相同的情况下采用不同的湍流模型对实验 过程进行数值模拟。在对模拟结果定量化分析方面,采用了Hanna等人提出的广泛应用 于重气扩散模型评价的误差分析方法,并结合了chang等人提出的有关模拟效果的统计 误差评判标准,通过计算模拟值与实验值之间的统计误差对比分析了各模型模拟效果。 结果表明,所选的5种Reynolds平均湍流模型模拟结果的统计误差指标均符合有效性评 判标准,模拟值总体上要高于实验值,并且Realizable k-ε模型的模拟效果要优于其 他模型。湍流模型的选用会对受限空间内气体扩散仿真结果产生影响,选择合适的湍流 模型有助于提高数值仿真的精度。     

钢制药筒装药的烤燃实验与数值模拟研究

以122mm钢制药筒装药为研究对象,开展了不同热通量下钢制药筒装药烤燃实验及数值模拟研究。以石膏粉替代发射药,通过烤燃实验研究了122mm钢制药筒内置石膏粉在不同热通量下的温升曲线、温升过程中的最高温度点及其达到发射药热点火温度的时间,并与数值模拟结果对比,得到一定程度上符合较好的结果。通过对数值模拟模型及结果的合理性分析,对122mm钢制药筒内置9/7发射药在不同热通量下的烤燃情况进行了数值模拟,得到不同热通量下钢制药筒装药的燃爆点、燃爆温度及燃爆时间,并得到燃爆温度及燃爆时间与环境热通量的关系,以其为参考,对弹药的日常储运安全及消防安全具有一定的指导意义。     

城市街道峡谷气流和污染物分布的数值模拟

应用计算流体力学(CFD)软件中的FLUENT软件模拟了典型城市街道峡谷中的气流和污染物分布状况.建立的模型包括不同形状的建筑物所构成的街道峡谷和存在高架桥的街道峡谷.研究结果表明:①不同形状的建筑物改变了街道峡谷内的风和湍流分布,从而对街道峡谷内污染物的分布产生很大的影响,在几何比例相同的街道峡谷里,建筑物外形越趋向于流线型,街道峡谷里污染物的地面浓度越小;②高架桥对街道峡谷内污染物浓度的影响取决于高架桥相对于街道峡谷的高度和宽度,高度越高、宽度越窄的高架桥其地面污染物的浓度越低;③ FLUENT软件对街道峡谷大气环境的模拟结果基本合理,可用于研究城市大气环境问题.      

气溶胶采样头在无人机上安装位置的模拟

利用流体力学软件CFD对固定翼无人机在海拔1000m高处以30m/s速度飞行时采样头的最佳安装位置进行了模拟.首先利用ICEM CFD前处理软件对无人机模型进行了网格划分;然后利用FLUENT软件及其中的DPM模型先后对气相(连续相)和颗粒相(离散相)分别进行了数值模拟,最后用DPM模型模拟了从速度入口方向以30m/s速度释放粒径为1,2.5,10μm的颗粒物,由颗粒物的轨迹图得到了颗粒物在机身周围的阴影区和密集区厚度.得到主要结论如下:对于本研究中的无人机,在海拔1000m高处,采集PM1,PM2.5,PM10时的气溶胶采样头的最佳安装位置为机身下部距机头距离约42~75cm,采样头探头距机身下部壁面的距离分别应大于4,4,4.3cm,但不超过26cm(机身下部距地面距离).     

建筑扰动条件下大气流动与扩散的CFD模拟

用FLUENT模式对中性大气、单个建筑的气流扰动情况进行模拟,并以风洞试验数据检验模拟效果;将模拟方法应用于类似城市建筑阵列条件的大气污染扩散问题,并且与现场示踪试验比较. 结果表明:FLUENT对建筑扰动条件的平均风场模拟效果良好,FAC2(模拟值与试验值之比在0.5~2之间的比例)在水平与垂直风速下分别达到77.9%与61.0%;对湍流特征量的模拟偏差稍大,K(湍流动能)虽总体偏小,但FAC2仍达到了54.6%. 选择湍流闭合的标准K-ε(ε为湍流动能耗散率)方案、重整化群K-ε方案和雷诺应力模型方案对结果的影响均不大. 采用FLUENT模拟了类似城市街区建筑阵列条件的大气扩散个例, 模拟结果反映了建筑扰动导致的扩散烟流轴线相对于平均风向的非常规偏移,并且扩散浓度与示踪试验结果相符较好,下风向32与63m处的侧向模拟浓度峰值的相对误差分别为72.5%与36.9%. 相比于高斯模式ISC3,FLUENT对复杂建筑阵列条件的扩散模拟结果更符合实际,如污染物向上风向扩散以及在建筑物周围堆积与绕流的现象. FLUENT扩散模拟还显示:近源处相邻建筑街道峡谷中的最大浓度沿下风向“阶跃”式减小,排放源所在街道峡谷中的最大浓度可比相邻街谷中的高几倍甚至1个数量级以上.      

埋地原油管道油品泄漏扩散三维数值模拟

为了评估埋地原油管道泄漏的危害范围,以原油管道泄漏事故为研究对象,采用计算流体力学等理论知识,建立了埋地输油管道三维泄漏扩散过程的物理模型和数学模型,确定了泄漏前稳态的初始条件和泄漏后非稳态的边界条件;利用FLUENT软件进行了数值模拟,计算出了不同时刻油品在土壤中的扩散范围。计算结果表明,管道泄漏后原油扩散范围与泄漏时间保持一定变化规律,在无法检测扩散深度的情况下可根据扩散宽度进行粗略估算,大体确定事故泄漏扩散范围,可以为事故处置提供参考,提高事故的应急控制能力。     

Numerical simulation and study on the transmission law of flame and pressure wave of pipeline gas explosion

Based on FLUENT simulation software, the laws of transmission of flame and pressure wave in pipeline gas explosion were studied. It turned out that, the maximum pressure value of the explosion point is not the maximum value of the whole explosion process; the maximum pressure value of the pressure wave lowers firstly near the explosion point, then rises to a peak, and then drops gradually; two waves divide the space in the pipeline into three sections during the gas explosion transmission. The result is basically consistent between numerical simulation and experiment, and the conclusion from the simulation provides theoretical basis for research on explosion-proof and suppression devices for underground gas pipeline, as well as for technical regulations of installation.     

Numerical simulation of the large-scale malignant environmental pollution incident

With the development of economy, the expansion in industrial production resulted in the increase in the number of malignant environmental pollution incidents. The dispersion of toxic gaseous materials was chosen for study in detail, which took the ‘12.23’ Kaixian blowout accident in Chongqing as an example. This paper firstly reviewed the ‘12.23’ Kaixian blowout accident. Then, the physical boundary conditions including initial conditions were outlined to form an integrated mathematical problem. Thirdly, the blowout accident was simulated for a period of 5 h. In term of criteria for acute poisoning, simulation results were analyzed using the concentration slices that can serve for the decision-making. Finally, based on the analysis of simulation result, four important conclusions were put forward that can be used for the design of emergency evacuation routes.