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水幕对低温液体蒸气云团扩散行为的影响

低温工程 2021年第1期 7-14页

作者：张登杨杨申音魏健健金滔浙江大学制冷与低温研究所/浙江省制冷与低温技术重点实验室杭州310027 北京航天试验技术研究所北京100074

以美国玫琳凯奥康纳过程安全中心(MKOPSC)的LNG泄漏实验为基础,建立了低温液体蒸气云扩散的数值计算模型,探究了水幕和蒸气云团之间的相互作用机理,在此基础上分析了水幕相关参数对气云扩散的影响。结果表明:水幕有助于蒸气云快速稀释... 详细信息

以美国玫琳凯奥康纳过程安全中心(MKOPSC)的LNG泄漏实验为基础,建立了低温液体蒸气云扩散的数值计算模型,探究了水幕和蒸气云团之间的相互作用机理,在此基础上分析了水幕相关参数对气云扩散的影响。结果表明:水幕有助于蒸气云快速稀释到可燃极限以下,缩小危险区域范围;当水幕距泄漏源的距离为7 m、4.5 m和2 m时,可燃气云与地面的分离距离与无水幕工况相比分别缩短了26%、34%和49%;增加喷嘴流量能进一步缩短可燃气云与地面的分离距离,但其缩短速率逐步变小;水幕安装角度的增大会促进蒸气云的顺风向扩散,当安装角度大于45°时,甚至会超过无水幕工况时可燃气云的最大顺风向距离。

关键词：低温液体水幕扩散 LNG蒸气可燃气云

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水幕稀释阻挡泄漏LNG效果的数值模拟

安全与环境学报 2017年第6期17卷 2277-2282页

作者：蒋为波华敏潘旭海南京工业大学安全科学与工程学院南京210009 江苏省危险化学品本质安全与控制技术重点实验室南京210009

水幕为LNG泄漏事故提供了高效、廉价的减灾方案,如何设计布置水幕喷头却缺乏科学的指导。利用计算流体力学对水幕和LNG之间的作用过程进行数学建模,再借助CFD软件模拟泄漏事故并求解。通过监测NG体积分数和展示流场图对水幕的作用机制... 详细信息

水幕为LNG泄漏事故提供了高效、廉价的减灾方案,如何设计布置水幕喷头却缺乏科学的指导。利用计算流体力学对水幕和LNG之间的作用过程进行数学建模,再借助CFD软件模拟泄漏事故并求解。通过监测NG体积分数和展示流场图对水幕的作用机制进行分析,且探究了水幕距离等变量对水幕作用效果的影响。结果表明:扇形水幕与锥形水幕都可以有效阻隔和驱散LNG重气云,扇形水幕隔离危险区域的效果更好;在此事故情形中扇形水幕距离泄漏源9m时驱散效果最好,当距离过近时LNG重气云团易穿透扇形水幕,距离过远使得危险区域过大,不易控制;水幕压力对扇形水幕的驱散和阻挡云团的影响不明显;扇形水幕串联叠加可有效提高驱散及阻挡效率,扇形水幕并联会导致两个水幕作用重叠的区域的水幕阻挡作用被严重减弱。

关键词：安全工程 LNG泄漏重气云扩散 CFD数值模拟 FDS 水幕

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水幕阻挡有毒有害气体扩散的实验研究

化学工程 2014年第9期42卷 42-47页

作者：方珊珊华敏皮晓玥胡引陈园耿媛颖潘旭海南京工业大学火灾与消防工程研究所江苏南京210009 江苏省危险化学品本质安全与控制技术重点实验室江苏南京210009

在对有毒有害气体危险分析的基础上,提出以CO2为有效替代气体,对水幕阻挡有毒有害气体扩散进行了研究,采用实验方法揭示抑制有毒有害气体扩散的规律,为水幕设置形式提供指导。通过实验,研究了有无水幕对重气扩散的影响,并且对比分析了... 详细信息

在对有毒有害气体危险分析的基础上,提出以CO2为有效替代气体,对水幕阻挡有毒有害气体扩散进行了研究,采用实验方法揭示抑制有毒有害气体扩散的规律,为水幕设置形式提供指导。通过实验,研究了有无水幕对重气扩散的影响,并且对比分析了水幕喷射方向、水幕与泄漏源的距离、水幕层数对水幕稀释阻挡效果的影响。结果表明:水幕向上喷射较向下喷射的稀释阻挡效果较好;水幕距离泄漏源1.5m较1m的稀释阻挡效果更好;双层水幕和单层水幕的稀释阻挡作用由于测试点位置的不同而有所不同。

关键词：水幕稀释阻挡效率有毒有害气体二氧化碳扩散实验验证

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水幕衰减爆炸冲击波数值研究

舰船科学技术 2020年第4期42卷 61-64,80页

作者：胡洋李士军李奇中国船舶重工集团有限公司第七一三研究所河南郑州450015

舰船上发生爆炸时,将对舱室设备、舰上人员造成严重伤害,在舱室内喷洒细水雾形成水幕是冲击波防护的有效措施之一。为了分析水幕对爆炸冲击波的衰减作用,建立冲击波在布置有水幕的舱室中传播的模型,采用Eulerian-Lagrangian方法描述冲... 详细信息

舰船上发生爆炸时,将对舱室设备、舰上人员造成严重伤害,在舱室内喷洒细水雾形成水幕是冲击波防护的有效措施之一。为了分析水幕对爆炸冲击波的衰减作用,建立冲击波在布置有水幕的舱室中传播的模型,采用Eulerian-Lagrangian方法描述冲击波与水雾颗粒的两相流动,考虑液滴碰撞、破碎、蒸发等因素的影响。计算结果表明,水幕可有效衰减冲击波的超压峰值,并对波后气体有明显的降温效果。

关键词：爆炸冲击波水幕 DPM模型 Eulerian-Lagrangian方法

水幕对受限空间氨气扩散稀释阻挡效果的试验研究

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安全与环境学报 2016年第4期16卷 196-200页

作者：郭秀霞王睿智华敏潘旭海蒋正林南京工业大学火灾与消防工程研究所南京210009 江苏省城市与工业安全重点实验室南京210009 江苏省消防总队南京210013

对受限空间水幕稀释阻挡氨气泄漏扩散进行试验研究,考察了水幕压力、水幕喷头类型和水幕设置方向对水幕稀释阻挡效果的影响。结果表明,水幕可以有效稀释受限空间扩散的氨气,阻挡效率达到0.90左右。水幕压力越大,水幕对氨气的阻挡和稀释... 详细信息

对受限空间水幕稀释阻挡氨气泄漏扩散进行试验研究,考察了水幕压力、水幕喷头类型和水幕设置方向对水幕稀释阻挡效果的影响。结果表明,水幕可以有效稀释受限空间扩散的氨气,阻挡效率达到0.90左右。水幕压力越大,水幕对氨气的阻挡和稀释作用越大,水幕的稀释效率越高,水幕后氨气的体积分数越小,水幕的阻挡效果越好。受限空间内水幕设置为向下喷洒时对泄漏氨气的阻挡效果比水幕设置为向上时的阻挡效果好。扇形水幕比锥形水幕的阻挡效果稍好。

关键词：安全工程水幕氨气受限空间稀释阻挡效率

水幕稀释低温液体蒸气云团扩散行为特征的模拟与分析

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水幕稀释低温液体蒸气云团扩散行为特征的模拟与分析

作者：张登杨浙江大学

学位级别：硕士

随着低温液体的应用越来越广泛,人们对其生产、使用、储存和运输过程中的安全性愈发关注。低温液体意外泄漏时会形成危险气云,若无法及时对气云进行有效控制,将对周围人员和设施造成严重威胁。水幕因其对气云的稀释和缓解作用,若被应用... 详细信息

随着低温液体的应用越来越广泛,人们对其生产、使用、储存和运输过程中的安全性愈发关注。低温液体意外泄漏时会形成危险气云,若无法及时对气云进行有效控制,将对周围人员和设施造成严重威胁。水幕因其对气云的稀释和缓解作用,若被应用于低温液体泄漏防护,有望在较大程度上减轻有毒或易燃气云扩散造成的后果。目前,由于缺乏对低温液体蒸气云与水幕液滴之间复杂相互作用的了解,尚无工程指南可用于指导水幕在低温液体行业的应用。因此,需开展水幕对低温液体蒸气云团扩散行为的影响研究,掌握水幕作用机理以及相关参数对水幕稀释特性的影响,这对于低温液体泄漏后的安全防护具有非常重要的现实意义。本文在综合分析国内外相关研究成果的基础上,通过计算流体力学(CFD)方法研究了低温液体蒸气云在水幕作用下的强制扩散。在模型建立过程中,采用欧拉-拉格朗日方法模拟了连续相(气相)和离散相(液滴)之间的能量和动量交换,将液滴与蒸气云进行耦合,实现对水幕稀释蒸气云过程的瞬态模拟。将模拟得到的计算结果与美国MKOPSC的LNG泄漏实验结果进行对比,验证了模型的准确性。在此基础上,使用水幕稀释低温液体蒸气云的数值模型研究了水幕作用于蒸气云的物理机制,阐述了液滴和蒸气云之间的动量传递和热传递规律。最后,分析了水幕系统设计时水幕布置方式、喷嘴关键参数、低温液体泄漏速率、环境风速以及泄漏工质等对水幕稀释特性的影响。研究结果表明:水幕主要通过动量交换和热传递的方式促使蒸气云团向上运动,这扩大了云团与周围空气的接触面积,从而加快了气云的稀释。水幕距泄漏源越近时能表现出更好的稀释效果,当水幕与泄漏源之间的距离从7 m缩短到2 m时,LNG可燃气云与地面分离距离的缩短比例从26%提高到49%。增大水幕与竖直方向的安装夹角会促进蒸气云的顺风向扩散,当安装角度大于45°时,甚至会超过无水幕工况时可燃气云的最大顺风向距离。可见,水幕与高度方向的夹角不宜超过45°。在研究喷嘴关键参数时发现,增加喷嘴流量能进一步缩短可燃气云与地面的分离距离,但当流量超过3 kg/s后,继续增加流量后稀释效果提升不大;当液滴出口速度增大到12 m/s时,能大幅减小可燃气云扩展范围,但继续增大液滴出口速度时蒸气云与地面的分离距离变化不大;喷嘴流量不变时,较小的液滴粒径因其更多的数量能与蒸气云充分作用,提高水幕的稀释效果;喷嘴雾化角较小时能将蒸气云推向更高处,但在靠近地面的低高度区,蒸气云可从喷嘴之间的空隙穿过,从而扩散到更远处。泄漏速率较小,风速较大时,水幕具有更高的稀释效率。当喷嘴动量率低于23.9 kg·m/s时,水幕不足以推动氢气云团向上运动;提高液滴的温度,可使氢气云团在较短时间内获得更大的浮力,加快云团的稀释。此外,开启水幕后,与LNG泛溢相比,以液氢为介质时水幕稀释效率较低,在对可燃气云顺风向上的扩散范围进行控制时,水幕作用下的氢气云团范围的缩小比例也更低。

关键词：低温液体蒸气云水幕数值模拟参数分析

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水幕稀释非水溶性重气影响因素的无量纲试验

安全与环境学报 2016年第4期16卷 192-195页

作者：孙铖郭伟伟华敏李正飞蒋正林潘旭海南京工业大学火灾与消防工程研究所南京210009 南京工业大学江苏省城市与工业安全重点实验室南京210009 江苏省公安消防局南京210013

以CO_2为对象,通过敞开空间水幕稀释阻挡CO_2扩散试验,分析了CO_2泄漏时的体积分数分布,对水幕稀释阻挡非水溶性重气扩散的影响因素进行了无量纲分析,主要针对泄漏源高度、泄漏源距水幕距离、水幕流量及泄漏流量进行研究,通过研究各影... 详细信息

以CO_2为对象,通过敞开空间水幕稀释阻挡CO_2扩散试验,分析了CO_2泄漏时的体积分数分布,对水幕稀释阻挡非水溶性重气扩散的影响因素进行了无量纲分析,主要针对泄漏源高度、泄漏源距水幕距离、水幕流量及泄漏流量进行研究,通过研究各影响因素推出了无量纲准数及水幕的稀释效率。定义了两个无量纲量:无量纲流量K=Q/q和无量纲距离Ω=H/L。结果表明:K不变时,随泄漏流量增大,水幕后CO_2的体积分数变大。泄漏流量相同时,测试点处CO_2体积分数随K增大而减小。泄漏流量每增加1 m3/h,为保持水幕后CO_2的体积分数不变,K需要增加0.25。当越接近0.6时,水幕后CO_2的体积分数越小,稀释效果越好。最后,基于无量纲分析结果,针对非水溶性重气泄漏扩散现场,提出了水幕设置建议。

关键词：安全工程水幕重气无量纲稀释效率

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水幕大棚CFD数值模拟及热效能分析

水幕大棚CFD数值模拟及热效能分析

作者：单天禹黑龙江八一农垦大学

学位级别：硕士

黑龙江是地处中国最北方的省份,除了日照时间较短外,更是由于温度过低而影响到蔬菜与水果的种植与生长。温室大棚作为维持作物生长温度、延长作物耕种周期的农业设施,极大程度地利用太阳能实现中国北方地区的蔬菜种植与供应。日光大棚... 详细信息

黑龙江是地处中国最北方的省份,除了日照时间较短外,更是由于温度过低而影响到蔬菜与水果的种植与生长。温室大棚作为维持作物生长温度、延长作物耕种周期的农业设施,极大程度地利用太阳能实现中国北方地区的蔬菜种植与供应。日光大棚由其简单的结构和利用太阳能的效率高而被广泛应用,但是东北地区室外温度过低以及昼夜温差过大,纯日光保温形式的大棚已经不能完全满足现代化农业种植的需要,在普通日光大棚基础上进行改进后的温室大棚得到应用。该文针对于由大庆育禄农业科技开发有限公司建造的水幕调温、升温的大棚进行研究。以该公司设计的水幕大棚为研究对象,基于FLUENT软件和MATLAB的数值计算功能,通过对比分析对水幕大棚室内温度场、速度场进行数值仿真研究,并且通过水幕大棚以及日光大棚温度数据进行数值模拟,研究其在温度控制与温度保持方面的优势。具体分析如下:1.通过研究作物生长相关的温度特性以及积温基本模型,提出温室大棚在保持温度并影响作物生长发育方面的数学模型,采用其他学者的模型以及自己设计的三基点模型,研究水幕大棚以及日光大棚对于作物生长发育的影响。2.通过建立日光温室以及水幕温室大棚的数学模型,使用ANSYS14.0版本系统软件包含的FLUENT软件,以及独立于该系列软件的GAMBIT建模软件,模拟日光大棚以及水幕大棚温室内的温度场与速度场,并对温室内的靠墙截面以及中部截面的温度分布进行分析,发现水幕大棚不仅具有夜间的保温升温作用,并且在保持温度均匀分布方面也优于日光大棚。3.建立基于作物生长发育的水幕大棚的热效能分析数学模型,通过将实际温度数据作为输入变量,以基于温度的作物生长发育的二次模型以及基于活动积温的自然指数模型为研究方法,研究水幕大棚在作物生长发育方面的热效能,并利用当量积温的计算方法,对水幕设计在作物生长发育中的效能进行量化研究。通过使用自然指数模型对作物生长速度进行计算发现,采用阶段性积温计算得到的作物生长速度在实际计算中误差超过40%,在作物生长预测方面存在着较大偏差。

关键词：日光温室水幕计算流体力学积温温度场作物生长模型

水幕与排烟系统协作下隧道火灾烟气防控的研究

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水幕与排烟系统协作下隧道火灾烟气防控的研究

作者：张轩轩河南理工大学

学位级别：硕士

社会的发展和进步极大满足了人们的物质需求,人们越来越注重精神和更高层次的需求的同时,也对社会基础设施和路网建设提出了更高的要求,近年来,公路隧道快速发展,体现在总长度和数量增加,交通隧道的发展尽管有效的缓解了交通压力,给人... 详细信息

社会的发展和进步极大满足了人们的物质需求,人们越来越注重精神和更高层次的需求的同时,也对社会基础设施和路网建设提出了更高的要求,近年来,公路隧道快速发展,体现在总长度和数量增加,交通隧道的发展尽管有效的缓解了交通压力,给人们出行带来很大便利,但同时隧道火灾的频率升高、规模也在不断扩大。由于公路隧道特殊的狭长型结构,一旦发生火灾且得不到有效的控制将造成人员伤亡、直接和间接经济损失和恶劣的社会影响,隧道火灾安全问题已成为不可忽视的且亟待解决的问题。据统计,火灾中85%以上的死者皆因烟尘及有毒气体的吸入昏迷致死,因此在隧道内开展经济有效的烟气防控措施对人员逃生具有重要意义。本文以全尺寸隧道为研究对象,采用FDS数值模拟方法,还原验证了前人使用的小尺寸模型,首先研究了20组工况下烟气特征参数变化的规律。研究结果表明:(1)根据相似性原理还原后的全尺寸模型在相同工况下的模拟结果与小尺寸实验基本一致;(2)水幕系统降低遮光率和隧道截面总热量的效果随线性喷水强度增加而增强,当线性喷水强度增至一定程度时,遮光率和隔热效率无明显变化,对于中、大型规模火灾,水幕有效作用时间出现减少的情况;(3)火源功率为5,20,30 MW的小、中、大规模的隧道火灾,综合考虑经济性和水幕效果,建议分别选择水幕的线性喷水强度为8,14,16 L/(s?m);相同线性喷水强度下,不同规模的隧道火灾,烟气遮光率变化趋势不同,水幕的失效过程不同。为了优化选择水幕和机械排烟系统作用下最佳防排烟方式,探究排烟速率、水幕排烟口间距和火源位置对烟流分布的影响,本文又通过18组模拟工况下排烟效率和烟气特征参数变化规律的研究,结果表明:(1)20MW的火源功率下,排烟速率为60m/s、水幕排烟口间距为12.5m时排烟效率较高且烟气特征参数满足安全要求,考虑防排烟的有效性和经济性,选为最优防排烟组合方式。(2)侧壁单独作用时火源位置横向变化对水幕外侧壁CO浓度、温度的影响比水幕单独作用纵向变化的影响要小,对排烟效率影响则较大;(3)侧壁和水幕共同作用下火源纵向位置的变化对CO浓度影响相比于水幕单独作用时的影响较小,对温度的影响则较大;侧壁和水幕共同作用时火源横向位置的变化对温度的影响相比于侧壁单独作用时的影响也较大,对排烟效率的影响则较小。(4)火源位置纵向变化对水幕外辐射热通量的影响比横向变化的影响大;当火源在靠近水幕处横向变化时,水幕后近侧壁处辐射热通量明显高于远侧壁处,并随火源与近侧壁的距离减小逐渐增大。

关键词：隧道火灾线性喷水强度水幕机械排烟数值模拟