湍流模型和施密特数对街谷内污染扩散模拟的影响

选取不同的湍动施密特数,分别采用标准κ-ε模型和realizableκ-ε模型对孤立街道峡谷内的气流运动和污染物扩散进行了数值模拟.计算得到的气流速度场和污染物浓度分布表明,标准κ-ε模型和realizableκ-ε模型预测出极为相似的气流旋涡结构,即在峡谷内生成一个中心大致位于峡谷中央的顺时针大旋涡,并在此大旋涡的作用下污染物往峡谷的背风侧积聚.通过对比分析峡谷迎风面和背风面上的无量纲污染物浓度计算结果与风洞试验数据表明,湍动施密特数的改变并不影响计算空气流场,但改变污染物扩散方程中的湍动扩散率,增大湍动施密特数将减弱污染物的湍动扩散作用,使得峡谷顶部污染物外溢减少,从而导致峡谷内的污染物浓度计算值增大;只要给定合适的计算参数,标准κ-ε模型和realizableκ-ε模型均能预测出峡谷内的污染物扩散分布,标准κ-ε模型合适的湍动施密特数为0.4～0.6,而realizableκ-ε模型则为0.3～0.5;当取湍动施密特数为0.7（Fluent软件系统中的默认值）时,标准κ-ε模型的计算精度高于realizableκ-ε模型的计算精度.

基于流场验证的紊流施密特数对街道峡谷污染物扩散数值模拟的影响

以城市街道峡谷的水槽和风洞试验数据为依据,利用ANSYS Fluent软件,数值模拟了街道峡谷内的流场(包括时均流动和紊流强度)及污染物浓度。结果表明:标准k-ε紊流模型、RNG k-ε紊流模型和标准k-ω紊流模型均能基本正确地模拟街道峡谷内的流场和浓度场;紊流施密特数Sct对浓度值有明显的影响,街道峡谷内的浓度值随Sct的增加而变大,当Sct取1.3时,浓度值和试验值吻合最好;由于标准k-ω模型对流场的模拟结果相对最好,其模拟的浓度场也与试验值吻合最佳。街道峡谷内的浓度分布由时均流输运和紊流扩散共同决定,因此,合理的Sct数不能仅仅依据浓度值与试验值的吻合度来选取,而应首先保证流动模拟的准确性。

城市大气中污染物扩散的施密特数研究

借助反问题方法对风洞实验工况选取不同施密特数进行数值模拟试验，分析比较了不同施密特数时街道峡谷内各个观测点的数值模拟数据和风洞实验数据．研究结果表明，城市街道内大气污染物扩散的施密特数为0．7～0．8．

湍流模型及施密特数对点火位置的影响研究

准确预测燃料和空气湍流混合水平对精确模拟发动机性能至关重要。通过对Burrows&Kurkov氢气顺喷经典算例的数值模拟,研究了湍流模型和湍流关键参数(施密特数)对氢气和空气的混合程度以及点火位置的影响。数值结果表明:湍流模型对点火的位置具有一定的影响,其中Menter SST k-w湍流模型计算结果与实验值总体吻合最好;湍流施密特数严重影响着氢气和空气的混合程度以及燃烧流场的点火位置,其中Sct=0.5能满足大部分超燃冲压发动机燃烧算例的数值模拟。

基于变施密特数的障碍环境气体扩散数值仿真

通过气体扩散仿真获得气体分布是应对城市环境毒害气体泄漏和扩散问题的重要手段。城市多障碍环境下,风场呈现湍流特点,对气体扩散分布有明显影响。湍流施密特数(Sc_(t))描述了风场湍流特性与气体扩散分布的关系,其取值对湍流环境气体扩散仿真的准确性十分重要。针对多障碍物环境下气体扩散数值仿真问题,提出了一种基于变Sc_(t)的计算流体力学仿真方法:通过调用仿真风场数据自适应计算Sc_(t),进而利用变Sc_(t)进行气体扩散仿真。通过Ansys Fluent计算仿真结果,与开源障碍物阵列风洞试验数据集进行对比,验证了使用本方法获得的仿真气体质量浓度分布与风洞试验数据的一致性,且仿真准确性优于基于常量Sc_(t)等仿真方法,可以应用于复杂障碍物环境下的气体扩散仿真。

自然通风建筑内空气流动和污染物扩散的数值模拟

数值模拟了单体自然通风建筑模型内的空气流动和污染物扩散,考察了紊流施密特数Sct对污染物模拟值的影响。结果表明,选取的3种紊流模型对时均流速和紊动能的模拟值和风洞试验值基本一致,标准k-ε模型与realizable k?ε模型模拟的流场较相似,其浓度场结果也基本相同,当Sct为0.8~1.0时,模拟值和试验值吻合得最好。由于RNG k-ε模型对地面污染源附近的时均流动模拟不准确,导致其浓度模拟值和试验值相差较大,因此,选取合理的Sct时,应基于准确的流动模拟,而不能仅考察浓度模拟值和试验值的吻合程度。

基于微震监测的地下采场稳定性分析

微震监测技术已经成为深部地压研究和管理的一个基本手段。基于IMS微震监测系统,对中色白音诺尔铅锌矿地下采区采掘过程引起的岩体微破裂进行监测,可有效反映目标区域内采空区及生产作业采场的稳定性。数据分析表明:1)通过微震事件时空分布分析、b值法和能量指数EI、施密特数Scs与累计视体积CAV关系法,结合现场施工情况可更加准确地分析微震数据,有效评价地下采场的整体稳定性,得出合理结论;2)在EI降低的前提下,CAV曲线在拐点处斜率降低对应微震事件发生的概率或事件数较近前值降低,反之亦然;在Scs降低的前提下,无论CAV曲线在拐点处斜率增减,微震事件发生的概率或事件数较近前值均减小;3)该有色金属矿山地下采区大爆破余震事件发生频率显著降低,该生产采场稳定性较好。该系统的应用对中色白矿地下矿床开采中的防震减灾和安全生产将起到积极的作用。

固体火箭高温高压复杂燃气系统的扩散系数及其相似准则数计算

为了解决固体火箭推进剂高温高压燃气输运系数难以实验测量和理论预估的实际问题,考虑燃气中含有H_(2)O、HCl、SO_(2)等强极性组分和H_(2)等轻质组分,通过大量文献实例验证,归纳了适于上述组分及其混合物在高温高压条件下的扩散系数计算方法,并计算了典型双基推进剂、复合改性双基推进剂和复合推进剂三种主要固体推进剂燃气在不同温度(1500~3800 K)和压强(8~20 MPa)下的扩散系数和输运准则数(施密特数和路易斯数),得到了固体火箭发动机燃气扩散系数随温度和压强变化的幂指数函数规律(典型双基推进剂燃气的扩散系数随温度变化的幂指数为1.64655、典型复合改性双基推进剂和典型复合推进剂为1.62952),以及路易斯数、施密特数的典型取值(典型双基推进剂燃气的施密特数为0.772、路易斯数为0.91,典型复合改性双基推进剂燃气的施密特数为0.675、路易斯数为0.9,典型复合推进剂燃气的施密特数为0.74、路易斯数为0.83)。这对于促进高温高压气体混合物输运性质的深入研究、火箭发动机燃烧及其内外流动仿真,均具有重要的实际应用意义。该方法没有考虑凝聚相对输运性质的影响。

基于两方程模型的路堤风吹雪数值模拟

道路风吹雪灾害是风吹雪地区道路规划中考虑的重要因素之一,对于风吹雪问题,数值模拟作为其研究的主要手段之一,在近年得到了较快的发展;但由于风吹雪问题的复杂性,数值模拟方法及参数的选取还有待进一步完善。采用欧拉-欧拉方法,利用雪相两方程控制模型,结合实测经验公式确定充分发育来流雪相浓度,将其作为雪相浓度壁面条件进行模拟计算,利用平坦地面风吹雪对模拟方法进行验证,分析了湍流施密特数对路堤风吹雪模拟结果的影响,并对不同风速下路堤风吹雪进行了模拟。结果表明:平坦地面风吹雪模拟与现场实测结果一致,湍流施密特数对路堤周围空间雪相浓度计算结果影响较大,不同来流风速下路堤周围雪相浓度分布规律一致,这为进一步研究道路周围风致积雪重分布及防治提供参考。

氟里昂无量纲物性常数的计算与应用

ORC设计者和化工人员常常需要工质氟里昂在工作温度范围内的无量纲物性常数。因为,这些常数能评价工质输运性能的优劣,而且,通过物性常数可以很方便地计算工质的输运性能参数。但是,目前国内外发表的资料说明,系统地发表这样的数据资料很少。本文计算出常用的八种氟里昴的普朗特数、施密特数和路易斯数,温度范围是100K～450K;并且将计算结果绘成曲线。可供ORC设计者和化工人员使用。

基于微震监测的岩体失稳智能预报

岩体稳定性预报是微震监测工作的重要组成部分。探讨微震活动性参数变化作为岩体稳定性预测的可行性,结合用沙坝矿实际生产过程中观测到的现象,提出微震监测岩体失稳预报的一般模式。根据b值在岩体失稳前先增大后减小的趋势作为危险预警初始条件;并将能量指数、施密特数急剧下降以及累积视体积增加的时间段作为岩体失稳的预警期,将事件数的急剧下降作为危险的临界状态。用沙坝矿根据这一原理建立的岩体失稳预报模式可以达到采场失稳的智能预报,解决了人工判别预警期过程中效率低的难题,保障矿山的生产工作。

顶板冒落前后微震活动性参数分析及预警

基于微震活动性参数研究在岩体稳定性预报中的重要性,探讨b值、能量指数EI、施密特数S_(cs)、累积视体积ΣV_A等微震参数在顶板冒落前后的变化,提出"能量指数与累积视体积之比(EEI)"以及"施密特数与累积视体积之比(EScs)"的概念,并将其作为岩体稳定性预测的参数。结合前人对b值与事件数在岩体稳定性预测中的研究,以这3组参数建立微震监测预报的一般模式,应用到用沙坝矿岩体稳定性预测。结果表明:b值在顶板冒落前先增大后减小的趋势具有危险预警的功能;能量指数、施密特数急剧下降以及累积视体积增加,表征了岩体内累积应变能的突然释放,预示围岩稳定性的劣化。这种微震监测预报手段综合确定的预警期更适合矿山,并留有一定的响应时间以规避风险。