应用反演式气体扩散模型测定奶牛养殖场氨排放特征研究

本研究采用反演式气体扩散技术与开路激光测定装置相结合的研究方法,测定了集约化奶牛养殖场（产奶量接近我国平均水平）的季节氨排放,旨在研究奶牛养殖过程中氨排放的日排放特征、季节排放特征及排放强度。结果表明：奶牛养殖场氨的日排放规律表现出中午高、夜间低的特征,该特征是由风速和温度的复合影响所致。不同季节的氨气日排放速率范围为119.5～191.0g/（head·d）（变异系数为19%）,其中以冬季最低,夏季和春季最高,因此温度的季节性差异是主要原因。各季节氨气排放速率平均为160.9g/（head·d）,相应的年排放因子为58.7kg/（head·年）,其氨氮（NH3-N）损失占饲料氮素的34.5%,排放强度（生产1t标准牛乳的氨气排放量）为17.1kg。在未来还应加强开放型奶牛场N循环对饲料氮素的损失系数及其排放强度的影响的研究。

安全评价中的气体扩散模型及应用

安全评价中如何预测和模拟气体储罐在完全破裂后介质瞬间泄漏的动态扩散过程目前还没有合适的模型,通常只能借用环保领域中的高斯模型和Sutton模型,但环保领域的模型为稳态扩散模型,不含时间变量,并不适合动态扩散过程。提出了安全评价专用的气体扩散模型,并应用于实际评价。

基于气体扩散模型的气体源定位系统

为了快速准确地确定气体泄漏源的位置,利用无风连续泄漏点源浓度的扩散模型,提出了基于加权质心算法的气体源定位法。采用气敏传感器阵列对目标区域的气体浓度进行检测,并通过ZigBee无线传感器网络把收集的数据反馈给协调器,协调器把打包好的数据传递给主处理器,处理器依靠测量的结果计算出气体源位置,并可视化显示。在目标区域为4m×4m,以乙醇蒸汽为实验目标气体进行气体源定位实验。结果表明,平均定位结果相对误差不超过6%,验证了该方法的准确性。

基于气体扩散模型的信息趋向搜索方法研究

释放源定位技术在防治有害气体泄漏与扩散中具有极其重要的意义。传统的定位算法依靠气味浓度梯度或风向进行搜索,在应对气味稀疏的湍流环境时则容易丢失目标而导致搜索失败,而信息趋向算法以搜索过程中获得的信息作为线索,在方向选择时追求熵降最大,搜索性能更好。首先,研究分析了常用气体扩散模型,后依其特点选择以气体湍流扩散模型为基础对信息趋向定位算法进行了仿真实现,验证了算法可行性。之后,通过对比实验研究了搜索距离长度对算法的影响,证明了信息趋向算法的鲁棒性。为进一步提升算法性能,分析了基本四边形路径单元、六边形路径单元及八点路径单元下的搜索特性,提出了改进型的四边形搜索路径单元,并通过大量对比实验验证其增强了算法的适应性,减小了搜索时间,提升了搜索效率。

化学环境构设中的气体扩散模型应用分析

对高斯模型、SLAB模型、CFD模型进行了介绍,以有毒有害气体扩散环境的构设为应用对以上三种模型进行对比分析,认为SLAB模型是适于应用推广的模型,能够实现结合所处位置的地理、气象条件,实时构设有毒有害气体扩散所形成的虚拟动态浓度场,通过诱发检测设备产生报警信号,引导应急处置训练的开展,促进化学防护力量的建设。

污染气体扩散模型的可视仿真

污染气体扩散模型的仿真在环境影响评价起着重要的作用，本文主要研究了污染气体的仿真模型及其参数计算方法，提出了仿真系统中的可视化形式及相应的算法，最终运用本仿真系统，对某市热电厂三期工程的扩建前后的ＳＯ２长期平均浓度进行仿真。

应用反演式气体扩散技术测定奶牛场甲烷的排放特征

为了准确揭示奶牛场的甲烷排放特征,在我国首次采用国际上最新的反演式气体扩散技术与开路式激光仪相结合的研究方法,分别于2009年冬季和2010年春季测定了保定市某奶牛养殖基地甲烷的排放特征,测定期间养殖基地的动物总量平均为1200头。结果表明,奶牛养殖场尺度的甲烷排放在冬季和春季均呈现出规律性的日排放特征,即养殖场甲烷日排放高峰出现在0500、1130和1630,排放高峰的出现时间与上料时间基本吻合;冬季和春季试验期间该养殖场的反刍和粪尿甲烷总排放量分别为0.31t.d-1和0.36t.d-1,养殖基地内整个牛群平均每头牛的反刍和粪尿甲烷日排放总量分别为0.26kg.d-1和0.30kg.d-1,春季的甲烷日排放量比冬季约高16.7,初步揭示了奶牛场尺度甲烷排放的季节性差异。

硫化氢气体模型海量时空数据的处理与可视化

鉴于在利用三维地形环境分析硫化氢气体沿地形扩散趋势时,需解决该气体扩散模型在三维环境中的时空可视化问题,该文针对气体扩散模型数据体的数据结构、硫化氢气体浓度值的时空有效性等特点,首先对气体扩散模型建立八叉树索引以压缩数据,提高对海量模型数据体的访问效率,其次,通过抽取模型下底面有效数据以及时空切片的方式,实现气体模型海量时空数据的可视化。该文研究成果可用于复杂山地高含硫气田开发的事故分析。

基于改进粒子群优化算法的气体源定位研究

为了提高粒子群优化(PSO)算法在气体泄漏源中的定位精度,针对标准PSO算法中存在的收敛早熟等问题,提出了一种惯性权重非线性递减和异步变化的学习因子相结合的改进PSO(IPSO)算法。该方法能够提高算法的性能,并加快粒子的收敛速度,引入二阶振荡环节来增加种群的多样性。通过函数优化实验与其他PSO算法对比,进行有效性分析和误差分析,由气体扩散模型仿真实验得出:定位结果误差值在1%范围内,表明IPSO算法不仅能够优化粒子学习能力,还能够有效提高算法的收敛精度和稳定性。

基于WebGIS的危险性气体扩散模拟系统研究

在一定的气象条件下,将危险性轻气体作为研究对象,针对危险性气体突发性扩散情况,采用WebGIS的空间分析功能与科学数学模型(高斯烟团模型、高斯烟羽模型)相结合的方法对其扩散可能影响区域进行模拟并输出分析结果。此外,系统实现了采用Web技术进行信息的及时展示与发布(天气信息、微博发布)功能。

煤矿巡检机器人巷道气体环境智能检测系统设计

目前井下危险气体巡检机器人大多采用升降机构或固定探头的形式进行气体环境感知,对机器人的行驶灵活性产生了影响,且受机器人本体结构的限制,大多数巡检机器人只能检测到传感器安装范围内的局部气体环境信息,缺乏针对巷道任意截面空间内的气体浓度检测。针对以上问题,设计了一种基于气体扩散模型的煤矿巡检机器人巷道气体环境智能检测系统。该系统以气体扩散理论为基础,结合煤矿巷道气体环境特点,引入巷道壁帮围岩、风速、气体扩散系数对煤矿巷道气体扩散模型的影响,采用虚拟像源法和遗传算法优化BP神经网络智能算法建立了巷道气体扩散优化模型。通过传感器检测系统获取巡检机器人在行进过程中任意点的气体浓度等环境信息,代入气体扩散优化模型求解最优气体扩散系数,通过输入巷道某点坐标位置,可计算求解相应点的气体浓度分布情况,随着巡检机器人的移动,可获取其路径中不同巷道截面上气体浓度分布数据。实验结果表明,该系统能够解算出符合检测误差要求的巷道任意截面上任意点的气体浓度,并实现动态实时检测;克服了传统煤矿巷道气体检测方法的局限性。利用巡检机器人取代人工巡检作业,为煤矿井下气体智能检测提供了一种新思路与新方法。

LNG泄漏扩散模拟研究

为了准确描述环境因素对液化天然气(LNG)泄漏后扩散的影响,研究和比较了各种气体扩散模型,将板模型和高斯模型相结合建立液化天然气泄漏扩散模型;重点讨论了泄漏后蒸气扩散的运动规律及重要影响因素,结合大气湍流理论和气体运动状态方程对LNG蒸汽的重气扩散和被动扩散过程进行了详细论述。运用MicrosoftVisualBasic和MATLAB语言开发了液化天然气泄漏扩散模拟软件,通过模拟不同情况下LNG泄漏的危险性区域,分析了环境因素对LNG泄漏后果的影响。将模型计算结果进行了结果分析,总结了风速和大气稳定度相互作用对液化天然气泄漏的影响规律,为该类事故的风险定量计算提供了可借鉴的方法,可为有关部门制订和完善事故的应急救援措施和风险管理提供参考。

基于鸡群算法的危险化学品泄漏扩散事故反演方法

化工厂危化品泄漏扩散事故时有发生,如何快速精确地确定泄漏源的位置和源强是处置突发危化品泄漏扩散事故的关键。针对传统泄漏源反演方法耗时长、精确度低等缺陷,文中提出了一种基于鸡群算法的泄漏扩散事故反演方法。该方法以气体浓度传感器监测的气体浓度数据与模型计算值的误差为优化目标,将危化品泄漏扩散事故反演问题转化为一个优化目标最小化问题展开研究,利用鸡群算法进行问题求解。采用加权质心法构造高质量的初始解集提升算法精度,反演结果最大误差减小至1 m。模拟结果表明,鸡群算法可以在短时间内得出较为准确的泄漏源位置,且鲁棒性满足实际需求,能够实现化工厂危险化学品泄漏源的快速、准确定位,以及泄漏源强的准确预估,为应急辅助决策提供及时有效的支持。

基于最小二乘适值比较计算的静态气体源定位

通过构建多节点分布式气敏传感器网络,对风场中多个位置上的目标气体浓度进行检测。将浓度检测结果与节点位置坐标引入湍流扩散模型,在此基础上依据最小二乘法则设计潜在气体源的适值计算函数。将潜在气源的坐标参数引入适值函数进行计算,通过结果比较得到气体源位置最优解。建立仿真风场中的气体扩散模型并引入传感器观测误差,对该算法的定位效果进行测试,仿真定位实验证明即使观测存在该算法依然可以达到较高的定位成功率。

有风情况下气体源的加权质心定位算法研究

近年来在实现气体泄漏源的快速定位研究中,加权质心定位算法占居了重要的意义。之前研究的气体源加权质心定位算法,只适合在无风环境下使用,没有考虑有风时的气体扩散影响。所以文中根据有风时的气体扩散模型,利用风速对气体浓度的影响将风速加入权值因子中,改进后的加权质心定位算法可以适用于不同风速和风向下气体泄漏源定位。最后通过MATLAB仿真实验,与改进前的算法结果比较,证明了本算法在有风条件下定位结果的有效性。

城市型石化企业大气环境风险防护区域划定研究

随着城市化进程日益加快,城市用地范围由中心城区向外扩张,原本位于郊区的石化企业开始与城市融合,石化企业周边的空地被开发成住宅区、商业区和生活区等人员密集的场所,导致城市型石化企业的出现。城市型石化企业与周边居民的矛盾日益突出,因此城市型石化企业急需设置足够的风险防护区域。本研究以华北某石化企业新建120 t/h酸性水汽提装置为例,依据《建设项目环境风险评价技术导则》(HJ 169—2018)的环境风险模拟程序和要求,对该项目环境风险进行预测。根据预测结果,以半径为960 m的范围作为大气环境风险防护区域进行重点防护。本研究可为城市型石化企业的风险防范措施落实、应急预案编制及生态环境部门的风险管理提供参考。

基于改进GA-PSO算法的三维WSN气体源定位研究

在三维空间针对不同风场下采用无线传感器网络(WSN)定位泄漏气体源问题,提出一种基于风场特征与bounding-box方法的改进遗传-粒子群(GA-PSO)算法。利用bounding-box方法对粒子群搜索空间进行优化处理,减少GA-PSO算法随机搜索产生的无效运算;根据气体湍流扩散模型模拟不同风场特征下气体浓度分布,提出风速修正权重,提高GA-PSO算法搜索目的性。在不同三维风场下将改进GA-PSO算法与多种气体源定位算法进行对比,仿真结果表明,改进GA-PSO算法得到的定位点在无风条件下的平均相对误差为2.66%,有风条件下的平均相对误差为2.84%,定位准确度普遍优于常规算法。

DEM空间分辨率对毒气扩散模型模拟结果的影响分析

突发性毒气泄漏事故的频繁发生对市民的安全造成了极大威胁,有必要对常见毒气泄漏事故发生后的成灾模型进行探讨,以便从理论上指导应急部门实施应急救援行动。本文在研究和分析典型毒气泄漏扩散模型的基础之上,引入地形因子对原有毒气泄漏扩散模型进行改进,使之适应三维地形下的危化品气体扩散模拟,并将模型与GIS集成可视化,分析比较了模型修正前后气体扩散浓度的分布情况。在此基础上,进一步分析了DEM空间分辨率对毒气扩散浓度的分布影响,发现DEM空间分辨率对毒气浓度分布区域有一定影响,并分析了其影响原因。结果表明,加入地形因子的高斯烟羽模型比之前没有考虑地形因子的高斯模型计算要更加精确,更贴近现实状况;同时,DEM分辨率对改进后的高斯烟羽模型的模拟影响较大,选择适当分辨率的DEM能帮助应急部门在短时间内模拟出真实可靠的浓度分布区域,对毒气泄漏事故的应急有一定的实际参考价值和指导意义。

铁岭市应急监测地理信息系统的开发及研制

铁岭市于2002年在全市范围内开展了危险源调查及申报工作。经过整理及筛选,形成铁岭市危险源数据库,以此为数据基础,经过摸索和实践开发研制了《铁岭市突发性环境污染事故应急监测地理信息系统》软件。

Hydrodynamics and Lateral Gas Dispersion in a High-Density Circulating Fluidized Bed Reactor with Bluff Internals

Effect of bluff internals on the hydrodynamics and lateral gas mixing was studied in a 0.186m ID high-density riser. With the bluff internals, the extremely non-uniform radial profiles of solid fraction and particle velocity become flat and the dense downflow layer near the wall disappears, indicating the significant enhancement of solid turbulence introduced by the internals. The fluctuation velocity and solid fraction transient signal analysis indicates a significant increase in fluctuation intensity near the wall region. The length influenced by the internals on the flow structure is about 1 meter. The lateral gas dispersion coefficient increases significantly as the bluff internals exist in the riser.