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地下综合管廊燃气泄漏数值模拟研究

中国安全生产科学技术 2024年第6期20卷 99-104页

作者：殷利鹏邢志祥朱飞昊徐慧吴洁程洋常州大学安全科学与工程学院江苏常州213000

为研究燃气在地下综合管廊内不同几何结构顶部泄漏和扩散情况,通过Ansys Fluent软件建立拱顶、尖顶和平顶3种结构的管廊燃气泄漏数值模拟模型,分析燃气在不同结构管廊内的扩散规律。研究结果表明:管廊结构会影响燃气扩散情况,泄漏后燃... 详细信息

为研究燃气在地下综合管廊内不同几何结构顶部泄漏和扩散情况,通过Ansys Fluent软件建立拱顶、尖顶和平顶3种结构的管廊燃气泄漏数值模拟模型,分析燃气在不同结构管廊内的扩散规律。研究结果表明:管廊结构会影响燃气扩散情况,泄漏后燃气倾向于向管廊顶部积聚;燃气分层与管廊结构相关,其中拱顶结构分层相比尖顶和平顶更稳定;管廊结构会影响燃气扩散速度,其中拱顶结构内扩散速率相对最低,该结构可降低爆炸风险;本文管廊扩散预测模型的最大相对误差为4.57%,该模型能较准确预测燃气泄漏扩散情况。研究结果可为地下管廊的安全性研究提供一定参考。

关键词：地下管廊燃气泄漏数值模拟理查森数通风频率

球状相变蓄热材料在水箱中的分层特性数值分析与实验

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中国电机工程学报 2021年第22期41卷 7702-7711页

作者：仵凡王子龙张华秦延斌上海理工大学能源与动力学院上海市杨浦区200093

在太阳能光利用过程中,蓄热水箱能作为提高水箱蓄热效率和蓄热能力的关键元件。选用三水合醋酸钠为蓄热材料,搭建蓄热水箱测试平台,并建立水箱的传热流动数值模型,对蓄热水箱释热过程进行模拟,结合实验结果深分析水箱的热分层机理。在... 详细信息

在太阳能光利用过程中,蓄热水箱能作为提高水箱蓄热效率和蓄热能力的关键元件。选用三水合醋酸钠为蓄热材料,搭建蓄热水箱测试平台,并建立水箱的传热流动数值模型,对蓄热水箱释热过程进行模拟,结合实验结果深分析水箱的热分层机理。在水箱初始温度为353.15K,进水温度为278.15K时,研究相变材料在水箱中的不同位置和流量下,从无量纲时间角度测量它们对蓄热水箱温度的影响。采用理查德森数和混合数对不同位置和入口流量的热特性进行了分析,实验结果表明随着蓄热球位置越低、流量越小,混合数和斜温层厚度越小,理查德森数(Ri)越大。相变蓄热球的半衰期(即液化率达到50%)随着进口流量的增加而延长。理查森数的模拟值略大于实验值,而混合数的模拟值略小于实验值。理查森数和混合数实验值和模拟值的均方根误差随着相变蓄热球位置的降低和进水流量的增加而增大。

关键词：相变材料热分层混合数理查森数

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密度锁内分层界面位置的实验研究及分析

核动力工程 2010年第3期31卷 83-87页

作者：于沛路海晋阎昌琪哈尔滨工程大学核科学与技术学院哈尔滨150001

建立了计算密度锁内流体分层界面位置的理论模型,比较了计算值与实验观察值,并分析了两者的区别,最后讨论了扰动速度和温差对界面位置的影响。结果表明:扰动速度增加,界面位置降低;温差变大,界面位置升高。在一定的温度和管径等条件下,... 详细信息

建立了计算密度锁内流体分层界面位置的理论模型,比较了计算值与实验观察值,并分析了两者的区别,最后讨论了扰动速度和温差对界面位置的影响。结果表明:扰动速度增加,界面位置降低;温差变大,界面位置升高。在一定的温度和管径等条件下,分别拟合出界面位置与扰动速度及理查森数(Ri)的经验关系式。

关键词：密度锁分层界面位置扰动速度理查森数

博斯腾湖流域戈壁地区大气边界层高度特征研究

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北京大学学报（自然科学版） 2016年第5期52卷 829-836页

作者：杨洋刘晓阳陆征辉李郝北京大学物理学院大气与海洋科学系北京100871

位于新疆博斯腾湖流域戈壁地区的大气边界层过程受湖泊和戈壁的共同作用,大气边界层结构具有特殊性。利用2013年5月21日至8月28日在博斯腾湖流域戈壁地区获得的大气边界层探测试验资料,分析该地区大气边界层结构特征。结果显示,博斯腾... 详细信息

位于新疆博斯腾湖流域戈壁地区的大气边界层过程受湖泊和戈壁的共同作用,大气边界层结构具有特殊性。利用2013年5月21日至8月28日在博斯腾湖流域戈壁地区获得的大气边界层探测试验资料,分析该地区大气边界层结构特征。结果显示,博斯腾湖流域戈壁地区大气边界层最突出的特征是在夏季典型晴天时对流边界层异常深厚,在所统计的100天探空资料中,有45天大气边界层高度达3000 m以上,最高可达4400 m。同时,探讨深厚对流边界层的形成机制,认为博斯腾湖流域戈壁地区特殊的大气热力环境以及湖风切变等因素是形成深厚对流边界层的重要原因。

关键词：边界层高度博斯腾湖理查森数湖陆风

对流边界层大涡模式的改进及对夹卷速度的研究

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大气科学 2001年第1期25卷 25-37页

作者：苗世光蒋维楣李昕刘衡南京大学大气科学系南京210093 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室北京100029

对已建的对流边界层（ＣＢＬ）大涡模式进行了改进，将次网格闭合方案改为次阿格能量闭合，并考虑了水汽的源汇项和水汽相变潜热的作用。通过对均匀下垫面上由热扰动发展的对流边界层的模拟及与实验结果的比较表明，模式较好地模拟了对... 详细信息

对已建的对流边界层（ＣＢＬ）大涡模式进行了改进，将次网格闭合方案改为次阿格能量闭合，并考虑了水汽的源汇项和水汽相变潜热的作用。通过对均匀下垫面上由热扰动发展的对流边界层的模拟及与实验结果的比较表明，模式较好地模拟了对流边界层的主要物理结构，较好地反映了各物理量之间的对应关系。本文在一定的对流理查森数（Ｒｉ＊）范围内给出了一些算例，对无量纲夹卷速度（Ｗｅ／Ｗ）进行了研究。结果表明，无量纲夹卷速度随地表热通量（Ｑｓ）的增大而增大，随对流边界层上部温度递减率（γ）的增大而减小。当９．０６≤ Ｒｉ ≤ ４５．２９时，无量纲夹卷速度Ｗｅ／Ｗ＊可以拟合成Ａ（Ｒｉ＊）－１的形式，其中Ａ＝０．２２６。并且与我们的对流槽实验结果，Ｓｕｌｌｉｖａｎ等人的大涡模拟结果以及Ｄｅａｒｄｏｒｆｆ等人的对流槽实验结果作了比较，四者吻合较好。

关键词：对流边界层大涡模拟夹卷速度理查森数温度湿度湍流

对流边界层顶部夹卷层厚度特征及其参数化分析

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中国科学技术大学学报 2008年第1期38卷 50-56页

作者：林恒孙鉴泞袁仁民南京大学大气科学系江苏南京210093 中国科学技术大学地球与空间科学学院安徽合肥230026

运用大涡模拟结果分析并讨论了对流边界层顶部夹卷层厚度特征及其参数化.常见的参数化方案是建立归一化夹卷层厚度与对流理查森数(Ri*)之间的指数对应关系,但不同研究结果得到的幂指数有很大差异.分析表明:"Ri*方案"本身是造成这种不确... 详细信息

运用大涡模拟结果分析并讨论了对流边界层顶部夹卷层厚度特征及其参数化.常见的参数化方案是建立归一化夹卷层厚度与对流理查森数(Ri*)之间的指数对应关系,但不同研究结果得到的幂指数有很大差异.分析表明:"Ri*方案"本身是造成这种不确定性的原因;另一种理查森数(RiN),即浮力理查森数,可以较好地表征夹卷层厚度.大涡模拟结果表明:"RiN方案"能够有效地减小夹卷层厚度参数化的不确定性.为消除湍流随机性对参数化的影响,我们对大涡模拟结果进行了时间平均处理,并用所得数据讨论了夹卷层厚度与浮力理查森数之间的关系.结果表明:两者之间有很好的指数对应关系,平均幂指数为-2/5;计算结果同时显示,幂指数仍然存在一定的变化范围(-1/3^-1/2).夹卷层厚度的这种特性反映出夹卷过程的复杂性,即兼有热泡和界面振荡的特征.

关键词：夹卷层厚度参数化湍流随机性理查森数大涡模拟

2007年3月3-5日辽宁省暴雪和大风天气的中尺度分析

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气象学报 2012年第5期70卷 936-948页

作者：孙艳辉李泽椿寿绍文南京信息工程大学南京210044 国家气象中心北京100081

使用中尺度数值模式WRFV2.2.1对辽宁省2007年3月3—5日的暴雪和大风天气过程进行了数值模拟,结合10min一次的地面自动观测站资料和数字化多普勒天气雷达探测资料,研究了中尺度重力波的结构及其环境场特征,探讨了波动的激发机制。对流层... 详细信息

使用中尺度数值模式WRFV2.2.1对辽宁省2007年3月3—5日的暴雪和大风天气过程进行了数值模拟,结合10min一次的地面自动观测站资料和数字化多普勒天气雷达探测资料,研究了中尺度重力波的结构及其环境场特征,探讨了波动的激发机制。对流层上层中尺度重力波生成在350—250hPa(约9—11km),周期为2—3h,水平波长30—40km,波动沿水平方向传播约9h。地面气压扰动振幅约为2hPa,周期为2—3h,波动由西南向东北方向传播,方向与地面风向相反。沿波的传播方向,地面观测的逐时降水量呈波动特征,周期约为2h。对流层上层中尺度重力波减弱后,雷达降水回波强度出现显著的波动特征。对流层上层中尺度重力波生成在朝向脊区传播的高空急流出口区下方,300hPa环境场具有显著的切变不稳定特征。波动生成在理查逊数小于0.25的地区,在中尺度重力波生成的高度上,暖平流强,风速低,风切变大。中尺度重力波生成地区出现显著的不平衡气流,拉格朗日罗斯贝数大于0.7,水平散度倾向出现明显的大值,其中-▽w·V/z的量级明显大于其他各项,表明对流层上层重力波的生成及发展与环境场的显著风切变有关。

关键词： WRF中尺度数值模式中尺度重力波切变不稳定理查森数拉格朗日罗斯贝数非平衡流

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水箱进口结构模拟及实验研究

建筑科学 2023年第10期39卷 113-118,125页

作者：刘芳贾瑞瑞邢永杰北京建筑大学环境与能源工程学院北京102616 北京科技创新促进中心北京100142

蓄热水箱是蓄热中最常见和普遍使用的装置,本文提出了1种改善蓄热水箱热分层的1种结构—弯管型进口,并对其在储热水箱中应用的放热性能开展实验研究,得到了水箱的热力学特性。基于CFD软件建立水箱的数学模型,对比实验与模拟结果基本吻... 详细信息

蓄热水箱是蓄热中最常见和普遍使用的装置,本文提出了1种改善蓄热水箱热分层的1种结构—弯管型进口,并对其在储热水箱中应用的放热性能开展实验研究,得到了水箱的热力学特性。基于CFD软件建立水箱的数学模型,对比实验与模拟结果基本吻合。通过对比弯管型进水结构与布水器型进水结构理查森数、热水输出率、混合数探究进水结构热分层效果。结果表明:2种进水结构混合数与理查森数相差不大,在相同工况下,弯管型进水结构的热水输出率为84.9%,布水器型进水结构的热水输出率为76.39%,在制作工艺上弯管型进水结构比布水器型进水结构简单,更易于安装。

关键词：混合数热水输出率蓄热水箱理查森数弯管型进口结构

热浮力作用下三圆柱流致振动与混合对流换热特性及影响因素研究

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热浮力作用下三圆柱流致振动与混合对流换热特性及影响因素研究

作者：何昊宇重庆大学

学位级别：硕士

涉及多个钝体结构的流动与传热模型是诸多工程实际应用的基础模型,如换热器管束、印刷电路板上的电子组件、燃料电池等等。特别是换热器,涉及于石油化工、能源动力等广泛的工程领域中。为了提高换热器的热量传递效率,传热组件逐渐使用... 详细信息

涉及多个钝体结构的流动与传热模型是诸多工程实际应用的基础模型,如换热器管束、印刷电路板上的电子组件、燃料电池等等。特别是换热器,涉及于石油化工、能源动力等广泛的工程领域中。为了提高换热器的热量传递效率,传热组件逐渐使用高强度的材料,换热管管壁设计得越来越薄,在受到非定常流体力的作用时会发生明显的流致振动现象。另外,换热温差导致的热浮力驱动流对流型的影响不可忽略,流型变化将对换热装置的流致振动响应和换热性能产生影响。所以,换热管振动与热流体交互作用成为换热器结构设计中必须考虑的问题。为了研究流体热浮力对管束流致振动与混合对流换热特性的影响,了解热流体与振动管道的相互作用机制,本文针对正三角形布置的三圆柱这一典型的管束排列基本结构,数值研究了热浮力作用下三圆柱流致振动与混合对流换热特性。详细分析了折减速度、来流方向和热浮力方向夹角(δ)以及理查森数对三圆柱流致振动响应、尾涡演变和换热特性的影响。本文首先研究了辅助热浮力(δ=0°)作用下正三角形布置的三圆柱横流振动响应特性与混合对流换热特性,讨论了理查森数和折减速度对各圆柱流致振动及柱群周围流场与温度场的影响。研究表明,辅助热浮力(δ=0°)作用抑制了各圆柱的振动,且对于圆柱1的振动抑制效果较圆柱2与圆柱3更强。圆柱2与圆柱3随折减速度变化出现多种振动状态。当圆柱2、3振动接近反相时,三圆柱尾流呈现并排涡。当圆柱2、3振动接近同相时,柱群尾流呈交替单涡模态。当圆柱振动被完全抑制时,三圆柱尾流呈狭长状。辅助热浮力作用下的流致振动导致圆柱1出现不同程度的换热恶化,平均努塞尔数较固定绕流最大降低4.57%。圆柱2和圆柱3的换热因振动的存在受到不同程度的增强,平均努塞尔数最高分别增加了9.74%和9.78%。由于辅助热浮力作用导致边界层未能顺利分离,三圆柱振动完全被抑制时后驻点处局部努塞尔数出现的极小值。然后对正三角形布置的三圆柱在交叉(δ=90°)热浮力作用下的流致振动和混合对流换热现象进行了研究,讨论了折减速度和理查森数对圆柱流致振动和换热特性的影响。研究发现:交叉热浮力作用下,圆柱1振幅最大值较不考虑热浮力时提高了21%。Ri=1时,交叉热浮力引发的流场不对称性导致圆柱1出现近似于驰振的现象。随着理查森数的上升,流场的不对称性加强。这削弱了圆柱2的振幅,略微加强了圆柱3的振幅,从而导致圆柱2和圆柱3振幅出现明显差距。交叉热浮力作用时圆柱2、3振动的反相区消失。当圆柱2、3趋于同相运动,三圆柱尾流呈“2S”模式。圆柱1平均努塞尔较圆柱绕流最高提高了10.42%。折减速度U≤7时,流致振动引发圆柱2换热恶化,随着折减速度升高,换热逐渐得到强化。受振动影响圆柱3的换热较固定绕流受到不同程度的恶化。在Ri=1、U=10时,圆柱3换热恶化最为严重,平均努塞尔数降低了9.08%。由于交叉热浮力产生的流动不对称性,圆柱1在0°≤θ≤180°的表面上的局部努塞尔数高于180°≤θ≤360°的表面。最后,本文针对反向热浮力(δ=180°)作用时正三角形布置的三圆柱横流振动响应特性与混合对流换热特性进行研究,并与辅助(δ=0°)、交叉(δ=90°)热浮力作用下的柱群振动及换热特性进行对比,分析折减速度、理查森数和热浮力方向对三圆柱流致振动与混合对流换热特性的影响。研究结果表明:受反向热浮力影响,各圆柱最大振幅明显加强。反向热浮力作用时,存在临界折减速度使得圆柱2、3振动同相,但是此临界折减速度较交叉和辅助热浮力作用时要小。Ri=0.25时,发现圆柱2、3反相振动的区域,随着理查森数增加,振动反相区消失。虽然理查森数上升伴随着温差而增大,但是固定圆柱和振动圆柱努塞尔数仍随着理查森数升高而下降。圆柱固定时,在Ri=1时较Ri=0.25时圆柱1、2、3平均努塞尔数分别下降了3.15%、13.25%和12.94%。换热恶化现象也在振动三圆柱中观察到,但是在高折减速度时(U≥10)这种现象得到缓解。在折减速度U=12时,圆柱1、2、3的平均努塞尔数在Ri=1时较Ri=0.25时分别增加了5.02%、5.05%和4.54%。反向热浮力作用时理查森数增加会导致圆柱迎流面换热减弱,后驻点处换热增强。

关键词：热流固耦合流致振动混合对流换热努塞尔数理查森数