水噴淋作用下建筑通道煙氣蔓延特性模擬

以計算流體力學(xué)為基礎(chǔ),在三維坐標(biāo)系下采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程模型求解動量、能量和組分方程,結(jié)合漿滴蒸發(fā)模型及簡化的漿滴脫硫反應(yīng)模型,以euler-lagrange方法建立了噴淋塔內(nèi)煙氣脫硫的數(shù)值計算模型,模型計算結(jié)果與孔華的試驗數(shù)據(jù)符合較好。模型計算結(jié)果表明,對于粒徑小的噴淋液滴,其煙氣脫硫反應(yīng)和液滴蒸發(fā)主要發(fā)生在煙氣進(jìn)口附近,而隨著液滴粒徑的增大,液滴在塔內(nèi)蒸發(fā)和脫硫反應(yīng)的過程延長。同時,增加煙氣溫度、降低煙氣中so2的入口質(zhì)量濃度以及增加液氣比均有利于提高脫硫效率。文中模型相對于一維柱塞流模型,能夠直觀地顯示出噴淋塔內(nèi)的流場、溫度場和組分質(zhì)量濃度場的空間分布。

研究實心圓錐不同大小的噴嘴噴射角度、質(zhì)量流率、噴射速度以及噴嘴孔徑對外部流場特性的影響,通過分析得出以下結(jié)論:液滴直徑沿噴射方向不斷增加,產(chǎn)生的液滴大部分集中在距離流場區(qū)域中心線較近的柱體區(qū)域內(nèi);增大噴射角度、質(zhì)量流率,降低噴射速度都使得區(qū)域內(nèi)的液滴直徑明顯增加;降低噴射角度以及增加質(zhì)量流率能夠顯著提高流場內(nèi)液滴速度;除噴射速度外,其他參數(shù)對流場內(nèi)沿噴射方向上速度和直徑的影響趨勢基本相同;研究參數(shù)對環(huán)形柱體區(qū)域內(nèi)液滴直徑和速度以及噴頭保護(hù)的范圍有重要影響。

實心圓錐噴頭水噴淋外部流場特性的模擬研究

以300mw機(jī)組濕法煙氣脫硫噴淋塔為研究對象,利用計算流體力學(xué)通用軟件對其內(nèi)部兩相流場進(jìn)行模擬。氣相湍流由標(biāo)準(zhǔn)k模型描述,噴淋液滴由拉格朗日顆粒軌道模型描述。預(yù)測了無噴淋和有噴淋2種條件下的氣相湍流流場分布、沿塔高方向不同截面上的氣速分布以及噴淋液滴的軌跡。模擬結(jié)果表明,引入噴淋液后,出口截面氣速分布明顯均勻化,其最大值由無噴淋時的12m/s降至6m/s。該最大值出現(xiàn)在靠近塔壁處,是由塔壁附近噴淋密度較低造成的,可通過改進(jìn)周邊噴嘴的布置方式及噴嘴型式進(jìn)行優(yōu)化。

以300mw機(jī)組濕法煙氣脫硫噴淋塔為研究對象,利用計算流體力學(xué)通用軟件對其內(nèi)部進(jìn)行三維數(shù)值模擬.結(jié)果表明,模擬很好地預(yù)測出so2脫出效果.

利用fluent軟件包,對300mw機(jī)組濕法煙氣脫硫(wetfluegasdesulfurization,wfgd)系統(tǒng)噴淋塔內(nèi)阻力特性進(jìn)行了數(shù)值模擬,著重考察了不同塔徑、噴淋層間距和噴淋層數(shù)等設(shè)計條件及不同負(fù)荷、液氣比等運(yùn)行工況下噴淋塔內(nèi)阻力特性。結(jié)果表明,300mw機(jī)組wfgd系統(tǒng)噴淋塔內(nèi)阻力在煙氣量125×104m3/h、塔徑13m、4層噴淋、層間距1.7m時約為950pa,與實際工程測量數(shù)據(jù)較為吻合;塔徑、噴淋層數(shù)量、負(fù)荷和液氣比是影響噴淋塔內(nèi)阻力的重要因素;模擬計算值可作為噴淋塔設(shè)計與運(yùn)行優(yōu)化的依據(jù)。

采用fluent軟件對1000mw脫硫噴淋塔的內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,考察了在120°雙入口煙道形式下,不同入口角度θ對其內(nèi)部速度場、溫度場及壓力場分布的影響。研究發(fā)現(xiàn),入口角度θ為15°時,流場分布較均勻。

以300mw機(jī)組濕法煙氣脫硫噴淋塔為研究對象,利用計算流體力學(xué)通用軟件對其內(nèi)部進(jìn)行三維數(shù)值模擬。

本文闡述了以300mw機(jī)組為例,利用fluent軟件對單入口、雙入口噴淋塔內(nèi)煙氣流程分別進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。結(jié)果發(fā)現(xiàn)雙入口噴淋塔內(nèi)煙氣流場更加均勻,脫硫效率高,有效降低低溫腐蝕有利于噴淋塔的長期穩(wěn)定運(yùn)行。模擬結(jié)果對噴淋塔的現(xiàn)場運(yùn)行及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計具有一定的指導(dǎo)作用。

以某火災(zāi)事故建筑為原型,運(yùn)用fds模擬凹廊式高層建筑火災(zāi)的蔓延過程,對比室外凹廊處和室內(nèi)起火的條件下煙氣蔓延情況,分析凹廊處起火煙氣蔓延速度、溫度、遮光率和煙氣的質(zhì)量濃度等參數(shù)的變化以及有無主導(dǎo)風(fēng)向?qū)馂?zāi)蔓延的影響。結(jié)果表明:煙氣垂直方向蔓延速度表現(xiàn)為距離著火點(diǎn)越近速度越快；有凹廊設(shè)計的高層建筑更易形成"煙囪效應(yīng)",加速火勢蔓延,應(yīng)提高凹廊處耐火限度,增加防火、防煙設(shè)施；凹廊式建筑設(shè)計施工中應(yīng)對主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向一側(cè)提升耐火限度。

發(fā)生在各種長通道內(nèi)的建筑火災(zāi)受到人們越來越多的關(guān)注。研究此類火災(zāi)煙氣運(yùn)動的特點(diǎn),對于發(fā)展火災(zāi)煙氣控制技術(shù),減少煙氣對人員的傷害具有重要的意義。應(yīng)用場模擬方法,對有自然通風(fēng)的建筑物通道內(nèi)的火災(zāi)煙氣運(yùn)動進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬得到的通道內(nèi)煙氣溫度的分層分布與實驗數(shù)據(jù)基本相符合,煙氣對環(huán)境空氣卷吸量的計算值也與已有經(jīng)驗關(guān)系式的結(jié)果相一致。利用數(shù)值模擬還研究了釋熱率對通道內(nèi)火災(zāi)煙氣運(yùn)動的影響。結(jié)果表明,在有自然通風(fēng)的條件下,釋熱率的增大對通道上層熱煙氣的溫度和速度有較明顯的影響,導(dǎo)致火災(zāi)的危害性變大。

對有自然通風(fēng)的建筑物通道-單室內(nèi)的火災(zāi)煙氣運(yùn)動進(jìn)行了數(shù)值模擬,給出了煙氣溫度、速度和組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布。模擬得到的煙氣溫度場和速度場在火源區(qū)及火源以外的其它區(qū)域均與實驗數(shù)據(jù)相符合,預(yù)報出了二氧化碳與氧氣濃度的分層分布。在所研究的釋熱率條件下,通道-單室內(nèi)的火災(zāi)處于燃料控制狀態(tài)。

通風(fēng)控制下的建筑物火災(zāi)具有很大危害性。對受通風(fēng)控制的建筑物通道內(nèi)的火災(zāi)煙氣運(yùn)動進(jìn)行了數(shù)值模擬,給出了煙氣溫度、速度和組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布。將模擬結(jié)果與燃料控制下通道內(nèi)火災(zāi)煙氣運(yùn)動的計算結(jié)果進(jìn)行了對比,揭示了不同燃燒狀況下通道內(nèi)煙氣運(yùn)動與火蔓延的特點(diǎn)。

某城市廣場利用外庭平臺結(jié)構(gòu),將商業(yè)綜合體的人員疏散同城市交通換乘相結(jié)合解決疏散問題。對其火災(zāi)時室外平臺區(qū)域的煙氣蔓延情況進(jìn)行研究,利用fds分別模擬樓層高度與室外平臺寬度的不同比例對于煙氣蔓延的影響,分析了煙氣溫度,能見度水平等主要安全指標(biāo),得出樓層高度與室外平臺寬度比例在1∶0.6～1∶0.8之間時能較好地保障平臺區(qū)域的人員疏散。并建議對室外平臺同建筑的商業(yè)區(qū)域進(jìn)行防火分隔,防止煙氣蔓延到外庭區(qū)域。

以fluent軟件為計算工具,采用euler-lagrange方法模擬噴淋塔內(nèi)部氣液兩相流動.氣相用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型描述,噴淋液滴用顆粒軌道模型描述.綜合考慮顆粒受力分析、顆粒湍流擴(kuò)散以及氣液兩相耦合3方面影響因素對顆粒軌道模型進(jìn)行設(shè)置,從液滴粒徑分布、液滴出口速度、噴淋夾角3個方面對噴嘴射流源進(jìn)行精確定義.模擬結(jié)果表明:噴淋塔內(nèi)軸向氣速分布均勻;中空錐形的噴嘴設(shè)計使噴淋液形成傘狀雨簾,有效防止煙氣短流;塔內(nèi)液滴濃度分布存在中間高、邊緣低的問題,可通過改進(jìn)噴嘴布置方案加以改進(jìn);顆粒軌道模型能夠較好地預(yù)測噴淋塔內(nèi)兩相流動.

利用商用cfd軟件fluent,采用k—ε模型和simple算法,針對濕法脫硫噴淋塔空塔內(nèi)部的三維流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,并根據(jù)計算結(jié)果對比分析不同煙氣入口角度對噴淋塔內(nèi)部氣相流場的影響,獲得最佳的煙氣入口角度范圍。計算值與現(xiàn)場運(yùn)行實踐所獲得的經(jīng)驗值范圍基本吻合,因此對噴淋塔的設(shè)計及其改進(jìn)具有一定的參考價值。

本文以300mw機(jī)組噴淋塔為研究對象,利用fluent軟件對塔內(nèi)氣液兩相流場進(jìn)行三維數(shù)值模擬。結(jié)果發(fā)現(xiàn)噴淋對塔內(nèi)煙氣具有整合作用,可以有效地使氣體分布趨向均勻;塔內(nèi)靠近塔壁和中間部分噴嘴布置較少,導(dǎo)致氣流逃逸,降低了吸收效率。模擬結(jié)果對噴淋塔的現(xiàn)場運(yùn)行及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計具有一定的指導(dǎo)作用。

采取數(shù)值模擬方法,對含豎井結(jié)構(gòu)高層建筑布局影響火災(zāi)煙氣遷移規(guī)律情況進(jìn)行研究。結(jié)果表明,當(dāng)豎井結(jié)構(gòu)位于建筑物中間區(qū)域時更有利于火災(zāi)煙氣向上部樓層傳播,充滿整個建筑物只需50s左右;而當(dāng)豎井結(jié)構(gòu)位于建筑物一側(cè)區(qū)域時,時間延長到200s。因此,在進(jìn)行高層建筑設(shè)計時,應(yīng)盡量把疏散樓梯間設(shè)置在建筑物一側(cè),為人員撤離爭取時間。

通過建立高層辦公建筑物理模型,采用大渦模擬方法進(jìn)行數(shù)值模擬,研究不同風(fēng)向條件下室外風(fēng)對高層建筑疏散通道煙氣運(yùn)動的影響規(guī)律。結(jié)果表明:室外風(fēng)可以稀釋走廊煙氣中co的濃度,加快煙氣排出;煙氣在樓梯間的運(yùn)動由于受到多種因素影響,情況較為復(fù)雜,迎風(fēng)時,室外風(fēng)對于樓梯間煙氣排出和人員疏散具有積極的作用,背風(fēng)時則相反。因此高層建筑設(shè)計時應(yīng)加大走廊中可開啟外窗的面積,將設(shè)有外窗的樓梯間設(shè)置在該地區(qū)常年主導(dǎo)風(fēng)向一側(cè)。

研究了噴淋空塔內(nèi)煙氣流速、液氣比和吸收區(qū)高度等因素對氣相阻力的影響,并在實驗室研究的基礎(chǔ)上建立了噴淋塔流體力學(xué)數(shù)學(xué)模型,討論了煙氣流速、液滴直徑等工藝參數(shù)對液滴停留時間、吸收區(qū)阻力和塔內(nèi)傳質(zhì)面積的影響

研究了縱向風(fēng)對通道火災(zāi)熱分層和煙顆粒分層特性的影響.縱向風(fēng)可能使通道內(nèi)的分層流出現(xiàn)kelvin-helmholtz流動不穩(wěn)定性,并導(dǎo)致煙顆粒向下部空間擴(kuò)散;當(dāng)縱向風(fēng)較大時,煙氣層的熱分層穩(wěn)定性被破壞,導(dǎo)致煙顆粒與冷空氣出現(xiàn)強(qiáng)烈摻混,煙顆粒層顯著變厚.通道火災(zāi)的熱分層和煙顆粒分層特性與froude數(shù)或richardson數(shù)關(guān)聯(lián)緊密.實驗初步得到了出現(xiàn)kelvin-helmholtz流動不穩(wěn)定和熱分層不穩(wěn)定的臨界條件.

采用火災(zāi)模擬軟件fds就單層下沉廣場對地下建筑煙氣蔓延的阻隔影響深入進(jìn)行定量研究,得出單層下沉廣場能有效阻隔煙氣蔓延的臨界大小以及下沉廣場大小與其對煙氣蔓延阻隔能力的關(guān)系。