泄露性事故闪蒸喷雾流动规律与雾化机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51406151
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0605.多相流热物理学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The explosive flashing spray commonly occurs during the accidental release of flammable and toxic pressure liquefied gases in chemical or nuclear industry, when the failure of a vessel or pipe in the form of a small hole will result in the formation of flashing jet containing a mixture of droplets and vapor. This violent release might produce catastrophic consequences to the equipment, human bodies and environment. Flashing spray is dominated by the non-equilibrium thermodynamics, and the internal flow inside the nozzle has significant effect on the spray characteristics. The knowledge and understanding of the mechanisms involved in those releases become an important issue in the prevention of these consequences and the minimization of their impact. This project will use different types of working fluids and different microscale nozzles to form the flashing spray as the simulation of the accidental release. Based on the comprehensive experimental study and theoretical analysis, the formation, development and transition of the two phase flow in the internal nozzle, the mechanism of broken-up of the superheated liquid in the near-nozzle field and the spray and thermal characteristics of the liquid droplets in the spray will be studied, aimed to investigate the influence of the internal flow on the behavior of flashing spray. A deeper knowledge and understanding of the dynamic interaction between the internal flow and outside spray is obtained. Further, a theoretical mode coupling the initial parameters, nozzle sizes, internal flow and spray characteristics is expected to established. The project achievements will benefit in the relevant applications of establishing the risk assessments and minimizing the impact for the release hazard. Additionally, this project will provide experimental data for the validation of the computational fluid dynamics of the flashing spray.
石油化工过程工业中,易燃易爆高压液体或者液化气体由于容器或者管道破损发生泄漏形成闪蒸喷雾事故,对工业生产、人们生命与自然环境产生严重危害。闪蒸喷雾是由非平衡热力学破碎占主导因素引起的过热液体剧烈破碎雾化,同时喷嘴内流体复杂流动特性对闪蒸喷雾具有重要影响。针对这一背景,本项目针对不同种类工质应用不同形式喷嘴形成闪蒸喷雾,通过机理实验和理论分析相结合,研究微尺度喷嘴内(内径为毫米级)气液两相流形成、发展与转变规律,喷嘴外过热液体沸腾破碎机理、液滴动力学与热特征规律,揭示喷嘴内流动规律对闪蒸喷雾特性作用机制与影响规律,建立耦合喷雾初始与喷嘴条件、喷嘴内流动与闪蒸喷雾特性的多过程多参数理论模型。为相关行业实现对泄露性闪蒸喷雾事故有效评估以及降低灾害损失提供理论支撑,具有重要的学术意义与实用价值。

结项摘要

石油化工过程工业中,易燃易爆高压液体或者液化气体由于容器或者管道破损发生泄漏形成闪蒸喷雾事故,对工业生产、人们生命与自然环境产生严重危害。闪蒸喷雾是由非平衡热力学破碎占主导因素引起的过热液体剧烈破碎雾化,喷嘴内流体复杂流动特性对闪蒸喷雾具有重要影响。此外,闪蒸喷雾撞壁会在其他容器、设备壁面产生强烈的冷却效应,掌握壁面动态传热特性是对撞壁形成安全风险评估的判断依据。本项目针对不同种类工质通过不同形式喷嘴形成闪蒸喷雾,通过机理实验和理论分析相结合,研究得到微尺度喷嘴内气液两相流形成、发展与转变规律,近场雾化破碎、液滴动力学与热特征,揭示了喷嘴内多种两相流型对闪蒸喷雾特性影响规律。对多工况条件下闪蒸喷雾撞壁的动态传热规律开展了实验研究,提出了适用于复杂结构的瞬态热流密度计算方法,获得了喷射压力、温度、距离对不同温度壁面撞击所产生的瞬态表面温度、热流、液膜等参数动态变化特性,提出了传热理论关联式。针对喷雾群中单个液滴蒸发,建立了一种基于Hill涡的新液滴蒸发液相模型,模型具有计算高效,并能准确预测瞬态蒸发阶段液滴内部温度空间分布的优点。应用OpenFOAM开展了低沸点、高挥发性介质闪蒸喷雾数值模拟研究,重点考虑了非平衡沸腾相变对闪蒸喷雾破碎的影响作用,数值计算与实验结果吻合良好,并对实验无法准确测量的近喷嘴浓密雾场的液滴与蒸气分布特点,以及不同喷雾条件下的闪蒸喷雾行为开展了系统研究。研究结果不仅从实验与理论方面推进了对复杂闪蒸喷雾物理机理的认识程度,所获得研究方法与结果可为诸多工业应用提供帮助。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(8)
专利数量(2)
Heat Transfer and Flow of Nanofluids: Effect of Shear Thinning Viscosity
纳米流体的传热和流动:剪切稀化粘度的影响
  • DOI:
    10.1139/cjp-2017-0139
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Canadian Journal of Physics
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Wei-Tao Wu;Yu-Bai Li;Zhi-Fu Zhou
  • 通讯作者:
    Zhi-Fu Zhou
A 3rd-order polynomial temperature profile model for the heating and evaporation of moving droplets
用于移动液滴加热和蒸发的三阶多项式温度分布模型
  • DOI:
    10.1016/j.applthermaleng.2016.08.160
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Applied Thermal Engineering
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Zhi-Fu Zhou;Wei-Yu Li;Bin Chen;Guo-Xiang Wang
  • 通讯作者:
    Guo-Xiang Wang
Algorithms for the estimation of transient surface heat flux during ultra-fast surface cooling
超快表面冷却过程中瞬态表面热通量的估算算法
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.04.058
  • 发表时间:
    2016-09
  • 期刊:
    International Journal of Heat and Mass Transfer
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Zhou Zhi-Fu;Xu Teng-Yu;Chen Bin
  • 通讯作者:
    Chen Bin
三次多项式温度分布液相模型在液滴蒸发中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李玮玉;周致富;陈斌;王国祥;应朝霞
  • 通讯作者:
    应朝霞
喷雾冷却表面瞬态热流密度计算方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周致富;徐腾宇;赵曦;陈斌;王国祥
  • 通讯作者:
    王国祥

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其他文献

制冷剂瞬态闪蒸喷雾冷却研究进展
  • DOI:
    10.11949/j.issn.0438-1157.20171012
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈斌;周致富;辛慧
  • 通讯作者:
    辛慧
制冷剂瞬态喷雾冷却表面传热特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田加猛;陈斌;李东;周致富
  • 通讯作者:
    周致富
甘油/压缩空气两相喷雾动力学研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国科学院大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王锐;景青;周致富;白飞龙;陈斌
  • 通讯作者:
    陈斌
激光手术喷雾冷却中单液滴蒸发理论模型的比较
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周致富;辛慧;陈斌;王国祥;王跃社
  • 通讯作者:
    王跃社
新型喷嘴R404a闪蒸瞬态喷雾冷却传热特性
  • DOI:
    10.11949/j.issn.0438-1157.20150289
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    周致富;陈斌;白飞龙;王锐;王国祥
  • 通讯作者:
    王国祥

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周致富的其他基金

激光皮肤手术中液态二氧化碳脉冲喷雾冷却强化传热研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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