安全工程数值模拟

党的二十大报告指出:“坚持安全第一，预防为主”，“推进安全生产风险专项整治，加强重点行业、重点领域安全监管”，所以，党和国家始终把人民生命安全放在首位，创造安全的生产和生活条件是人们孜孜不倦的追求。数值模拟作为一种重要的分析和预测安全风险的方法，已经成为安全科学和工程研究的关键工具。数值模拟在实验室和场地测试之前可以节省时间和成本，并能模拟非安全的环境条件，避免实物实验的危险。因此，数值模拟在安全领域的应用日益广泛。 智能制造、环境保护与治理和人居健康是与人们息息相关的生存与发展问题。党的二十大会议也明确提出：“实施产业基础再造工程和重大技术装备攻关工程，支持专精特新企业发展，推动制造业高端化、智能化、绿色化发展”；“深入推进环境污染防治。坚持精准治污、科学治污、依法治污，持续深入打好蓝天、碧水、净土保卫战。加强污染物协同控制”,“推进健康中国建设，把保障人民健康放在优先发展的战略位置”；“加强重大疫情防控救治体系和应急能力建设，有效遏制重大传染性疾病传播”。所以，在二十大会议精神的指引下，围绕这些关系工业发展和民生的问题，同时为深入贯彻党的二十大关于实现高等教育内涵式发展的要求，满足新形势下安全科学与工程人才培养要求，在总结近年来教学实践的基础上，来自武汉科技大学教学一线的教师编写了本书。 本书重点介绍了数值模拟在金属热处理、人体热舒适评价和调节、工业除尘、烟气净化、通风防疫、建筑火灾、爆炸事故和应急疏散方面的应用，主要包括安全工程数值模拟的基本概念、基本理论，旨在为安全领域的工程师和研究人员提供全面的数值模拟技术应用指南，同时也为相关领域的学生及从业人员提供研究方法和思路。 本书的编写力求体现三个特点：首先是实用性，本书尽量用简洁易懂的语言解释数值模拟理论与应用过程中*本质、*基础的内容，将基础理论、应用方法和软件的操作流程结合起来介绍，使本书的受众易接受、易掌握。其次是案例化，每一章节的内容均来自于编写团队近年来的工程研究案例，充分体现科研成果进课堂、科研创新促学习的时代要求，使阅读者能通过本书了解数值模拟技术在生产中的应用前沿。第三是宽口径，本书不仅覆盖传统安全科学与工程中的火灾模拟、爆炸模拟等，更加入了现代社会追求的人居安全与健康视域下从业人员的热舒适、作业场所的通风净化和人员健康风险问题研究中数值模拟所发挥的作用，拓宽了安全科学与工程的研究范围。本书可作为安全科学与工程核心课程“安全工程数值模拟方法”的适用教材，适合该专业的研究生，或有学习数值模拟方法需求的研究者和从业人员学习，也可作为安全工程、应急管理、职业卫生、环境工程和建筑环境领域相关专业学习者的选修用书。 全书分十章，第1章至第4章由梅丹撰写，第5章由陈旺生撰写，第6章、第7章由梅丹编写，第8章至第10章由王洁撰写。全书由梅丹统稿。研究生刘博文、丁嘉炜、刘力、李佳倩、张馨文、杨美琳和黄丹为本书编写做了许多工作，在此表示感谢。同时，本书还参考了相关文献资料，对引用文献的作者表示感谢。 本书的出版得益于武汉科技大学研究生院教材项目的大力支持，书稿曾作为研究生教材在武汉科技大学安全科学与工程的专业课程中使用。当然，本书仍存在着不足，我们希望读者能够提出宝贵的意见和建议，帮助我们更好地改进和完善。 *后，我们衷心地感谢所有参与编写的工作者对本书的贡献，愿本书为广大读者的研究、工作和学习提供有力的支持。编者2023年5月

本书主要介绍了基于计算流体力学的数值模拟基础理论、基础知识及其在安全科学与工程中的应用，具体内容包括数值模拟技术在金属热处理、人体热舒适评价和调节、工业除尘、烟气净化吸收、通风防疫、建筑火灾、爆炸事故和应急疏散方面的研究与应用实例。 本书力求理论联系实际，简明易懂，旨在为安全领域的工程师和研究人员提供全面的数值模拟技术应用指南。 本书可作为安全工程、应急管理、职业卫生、环境工程和建筑环境领域相关专业学习者的选修用书，也可作为有学习数值模拟方法需求的研究者和从业人员的参考书。

女，博士研究生，武汉科技大学教授，研究方向为城市大气污染控制理论与技术、人员职业安全与健康保障、生产工艺数值仿真等，兼任湖北省应急管理厅防灾减灾专家等。发表论文20余篇，SCI收录10篇，中文核心期刊10余篇。参编教材1部

第1章绪论(1)
1.1数值模拟与流体(1)
1.2数值模拟与固体材料(2)
1.3数值模拟与火灾应急救援(4)
1.4数值模拟技术在安全科学与工程中的发展前景(5)
本章参考文献(6)
第2章数值模拟技术理论基础(11)
2.1计算流体动力学概述(11)
2.2流体运动方程(12)
2.3初始条件和边界条件(20)
2.4网格划分(21)
2.5控制方程组离散(22)
2.6离散方程求解(26)
2.7解的收敛性判断 (26)
2.8显示和输出计算结果(28)
本章参考文献(29)
第3章数值模拟技术在金属热处理中的应用(30)
3.1应用需求分析(30)
3.2合金化热镀锌工艺简述(30)
3.3立式合金化炉加热与冷却的数值模拟(31)
3.4模拟结果分析(40)
3.5本章知识清单(44)
本章参考文献(44)
第4章数值模拟技术在人体热舒适评价和调节中的应用(46)
4.1应用需求分析(46)
4.2井下工人热舒适客观评价方法(46)
4.3基于数值模拟的井下工人舒适评价(50)
4.4模拟结果评价分析(63)
4.5本章知识清单(69)
本章参考文献(73)
安全工程数值模拟目录第5章数值模拟技术在工业除尘中的应用(74)
5.1应用需求分析(74)
5.2袋式除尘器除尘机理简述(74)
5.3电改袋除尘器流场的数值模拟(75)
5.4电改袋除尘器脉冲喷吹数值模拟(80)
5.5除尘器壳体磨损的数值预测(86)
5.6本章知识清单(96)
本章参考文献(97)
第6章数值模拟技术在烟气净化吸收中的应用(98)
6.1烟气脱硫工艺简述(98)
6.2基于数值模拟的旋转喷雾干燥技术参数优化(99)
6.3基于数值模拟的氨法脱硫“氨逃逸”控制中(112)
6.4本章知识清单(125)
本章参考文献(126)
第7章数值模拟技术在通风防疫中的应用(127)
7.1应用需求分析(127)
7.2通风原理与飞沫传输(128)
7.3公共汽车内飞沫传输过程数值模拟(129)
7.4厢式电梯内飞沫传输数值模拟与人员风险评估(152)
7.5本章知识清单(160)
本章参考文献(161)
第8章数值模拟技术在建筑火灾中的应用(162)
8.1应用需求分析(162)
8.2高架仓库火灾计算模拟原理(163)
8.3高架仓库火灾数值模拟(166)
8.4高架仓库火灾危险性分析(175)
8.5本章知识清单(181)
本章参考文献(182)
第9章数值模拟技术在爆炸事故中的应用(183)
9.1应用需求分析(183)
9.2LPG槽罐车泄漏爆炸事故数值模拟原理(184)
9.3LPG槽罐车泄漏爆炸事故数值模拟(186)
9.4LPG槽罐车泄漏爆炸事故危险性分析(190)
9.5本章知识清单(194)
本章参考文献(195)
第10章数值模拟技术在应急疏散中的应用(196)
10.1应用需求分析(196)
10.2高层建筑应急疏散数值模拟原理(197)
10.3高层建筑应急疏散数值模拟(201)
10.4高层建筑应急疏散危险性分析(206)
10.5本章知识清单(213)
本章参考文献(213)

本书主要介绍了基于计算流体力学的数值模拟基础理论、基础知识及其在安全科学与工程中的应用，具体内容包括数值模拟技术在金属热处理、人体热舒适评价和调节、工业除尘、烟气净化吸收、通风防疫、建筑火灾、爆炸事故和应急疏散方面的研究与应用实例。 本书力求理论联系实际，简明易懂，旨在为安全领域的工程师和研究人员提供全面的数值模拟技术应用指南。 本书可作为安全工程、应急管理、职业卫生、环境工程和建筑环境领域相关专业学习者的选修用书，也可作为有学习数值模拟方法需求的研究者和从业人员的参考书。

女，博士研究生，武汉科技大学教授，研究方向为城市大气污染控制理论与技术、人员职业安全与健康保障、生产工艺数值仿真等，兼任湖北省应急管理厅防灾减灾专家等。发表论文20余篇，SCI收录10篇，中文核心期刊10余篇。参编教材1部