1 ∶ 4缩尺厂房中功率火灾试验研究

为研究局部火灾作用下大空间建筑内火源、热烟气以及室内空间和钢构件温度场的发展及分布规律,设计建造了一个缩尺比为1∶4的门式刚架厂房模型,在模型内开展相当于中功率火灾的小规模火灾试验.试验过程中测量了模型内部各关键位置的热空气和钢构件温度,并采用《建筑钢结构防火技术规范》(GB51249-2017)给出的钢构件温度场计算公式对试验中构件升降温进行计算对比.结果表明:热空气温度峰值从火源正上方向四周逐渐减小,沿跨度方向两侧温度分布基本对称.局部火灾下建筑内部空间明显可分为热烟气层高温区、次高温区和热烟气层以下区域.钢构件温度沿截面方向分布较均匀,其温度变化明显滞后于热空气.对于处在热烟气层以下的钢构件,其温度场计算需要额外考虑火焰的直接辐射作用.     

单室火灾烟气运动的双层区域模拟

室内火灾双层区域模拟中需考虑到压力的变化,利用热力学第一定律推导了室内气体参数随时间变化的常微分控制方程组.该方程组刚性,可采用吉尔算法求解.在选用Heskestad羽流公式的基础上,计算了某单室火灾在房间平面面积与机械排烟量分别为49m2,0.3m3/s;49m2,0.4m3/s;100m2,0.3m3/s;100m2,0.4m3/s四种工况下室内与室外压差、烟层高度、上层烟气温度、下层空气温度随时间的变化规律.结果显示:室外压差随时间变化迅速;Heskestad与Mcaffrey羽流模型在算例中具有较好相似性;烟层的下降与上层烟气温度的升高较多地受到房间平面面积的影响,而受顶部排烟量的影响较少.     

套室内扩散燃烧火灾的三维数值模拟

采用非稳态湍流模型和湍流与化学反应相互作用的涡耗散燃烧模型,对套室内扩散燃烧的火灾进行了三维空间数值模拟.给控制方程添加不同源项以反映化学反应净产生速率对流场的影响,采用交错网格有限容积法将计算区域进行离散,用SIM-PLE算法求解离散控制方程.通过对套间内3种不同释热率情况下火灾的数值模拟,研究了套间内火灾发展、烟气温度分布和燃烧产物浓度分布规律.研究表明火源释热率的大小对烟气温度场的影响较大,对燃烧产物CO2浓度场的影响不很明显.释热率较小时,较短时间内仍能产生大量的烟气;释热率较大时,烟气层迅速形成,温度上升程度更为剧烈.此研究结果对于准确预测套室内火灾传播规律、有效阻止套室内烟气扩散和设计合理的排烟结构有一定的指导意义.图8,参12.     

运动车辆对隧道火灾顶棚射流温度分布的影响

以公路隧道内小轿车着火、客车驶经火源的场景为例，依托某隧道工程建立火灾计算模型，利用重叠网格技术和火灾数值模拟方法，研究了车辆运动速度对隧道火灾温度分布的动态影响规律.结果表明:当车辆以11.11m/s的速度经过火源时，火源中心横、纵截面隧道顶部的烟气温度最低；当车辆诱导气流对温度分布的影响达到最大时，横断面烟气温度呈现出由着火车道至车辆经过车道先降低、后升高的规律；在最高温度点上游15m范围内纵向烟气温度平稳衰减，且在车速为11.11m/s时衰减速率最大.     

地铁站台上列车车厢内部火灾的数值模拟分析

采用火灾动态模拟软件FDS对地铁站台上列车车厢内部火灾进行了数值模拟,分析了着火车厢车门关闭和开启时车厢内部烟气温度、扩散速度、质量分数和能见度的变化规律.结果表明:车厢门关闭和开启时,烟气充满两相邻车厢的时间分别为68 s和70 s;车厢内1.5m高处烟气质量分数最大值分别为0.00 034和0.00 003;着火车厢内1.5m高处的能见度分别为14 m和18 m.对站台上列车车厢内部着火时的烟气扩散规律进行研究,对于指导人员疏散、保证乘客安全和改进地铁列车火灾应急处置预案等提供参考.     

中庭类建筑火灾烟气流动的数值模拟

火灾场景烟气流动与控制数值模拟是性能化消防设计的关键。借助Fluent软件,考虑烟气产生量、烟气排放量两因素,设计两种中庭类建筑火灾场景,并建立数值模型。模型边界条件为:环境温度20℃,排烟口速度分别为15.741、11.111 m/s,补风口速度1.107 m/s。模拟结果表明:在火灾发生300、900 s时,两种场景在6 m处的温度场小于60℃,CO质量分数小于0.15%;900 s时烟层沉降高度分别为14.0和11.5 m,三者均符合性能化评定标准。该研究对中庭烟气控制系统的工程设计具有实用价值。     

高层建筑火灾时烟气温度扩散的数值模拟

分析了高层建筑火灾期间疏散通道内烟气温度场分布的变化规律.通过建立热平衡差分方程,分析烟气与建筑物墙体的传热过程;建立烟气与空气混合的数学模型,分析烟气在高层建筑横向通道内的扩散过程.通过算例分析了烟气温度与扩散时间和疏散通道长度的变化规律,在烟气扩散过程中烟气温度变化受火源烟气发生量的影响较大,而受建筑墙体与烟气热交换的影响较小.     

直角三通加热结构的多物理场耦合数值分析

以盘式干燥机加热盘为研究对象,为了研究其内部流场、温度场及热应力分布情况,将加热盘简化为三通管结构,提出了流-固-热-力多耦合分析方法,建立有限元模型,联合有限元软件ABAQUS求解4种时间下(0s,30s,60s,90s)加热盘的流场、温度场以及热应力分布.结果 表明模型内通入高温烟气,加热盘入口处温度最高,随着时间变化30s之后流体模型内高温烟气分布均匀,温度均匀;固体模型温度场随着时间变化,温度升高,热应力逐渐增大,90s时热应力最大,发生热应力集中现象.     

防护工程火灾烟气分布特性模型实验

为讨论防护工程火灾时烟气分布特性,根据相似原理搭建了模型与实体比例为1∶4的模型实验台,进行了6个工况的模型实验,分析了火源单室内烟气温度分布规律以及烟气层高度特性,并对走廊内烟气顶棚最高温度及纵向衰减遵循的规律进行了研究。结果表明,火源单室水平方向温度分布不均匀,竖直方向温度分布可用"三区域"描述;与普通单室"双区域"模型不同,分段线性法比较适合于火源单室内烟气层高度计算;Alpert模型更适用于防护工程密闭防火分区走廊顶棚最高温度的预测,走廊内无量纲温度符合幂指数衰减规律。     

线火源与点火源在巷道火灾中烟流特性对比

为揭示井下线火源与点火源诱导火灾的不同,达到有针对性的进行矿井火灾防治,依据两种火源类型的燃烧特性,应用火灾动力学模拟软件FDS,建立了符合井下火灾燃烧特点的矿井平巷火灾模型,模拟对比分析了两类火源在相同火灾场景下烟气运动过程、速度分布及温度衰减规律.研究结果表明:在1.2 m/s风速条件下,线火源在顶棚射流过程中烟气的水平运动速度大于点火源,烟流逆流长度较长;巷道中截面火源附近速度最大,可达3.5 m/s,由于节流作用和输送机的遮挡,上风向顶板附近及输送机后部风速减小.顶板最高温度随火源距离的增大出现衰减,且线火源的衰减速度小于点火源,竖向温度由巷道顶板向底板方向递减.因此,线火源的火灾危害性更大,在火灾防治中应该给予更高的关注.     

不同通风模式下隧道酒精池火热传递过程

为分析不同通风模式对于池火热传递过程的影响,在隧道模型内进行直径0.5 m酒精池火实验,测试和对比燃料质量损失速率、火场温度、火焰辐射热和对流换热热通量.结果表明:在0.5 m/s纵向排烟模式下,旺盛阶段连续火焰区火焰辐射热通量比自然通风条件增加了30%左右,这对火灾热传递过程控制不利.在0.8,1 m/s纵向排烟条件下,旺盛阶段连续火焰区火焰辐射热通量及上部热烟气层温度显著降低.0.5 m/s顶部排烟显著降低了旺盛阶段连续火焰区火焰辐射热通量,火灾最晚达到旺盛阶段,较早进入衰减阶段.0.5 m/s顶部排烟是本实验条件下最佳的排烟模式.     

水平火灾实验炉试验与模拟分析

基于改进热平衡法,结合天然气燃烧的特点,采用火灾动力学模拟软件(FDS)构建水平火灾实验炉的数值模型,进行混凝土双向板火灾试验模拟研究.结果表明:通过控制燃料的供应速率控制燃烧机的输出热功率,可以实现水平火灾炉升温曲线与ISO 834的标准火灾升温曲线接近,模拟平均炉温与试验平均炉温最终误差为2.2%(22 ℃);水平炉烟道口温度高于平均炉温约87 ℃,与实际火灾实验炉烟道口频繁损坏现象吻合,因此,在实验炉设计中,应提高烟道与炉墙连接区域的设计耐火极限;FDS模拟得到的火灾炉内部及楼板受火面温度场呈不均匀分布,符合火灾实验炉各热电偶测点实测升温曲线不同的规律,温度场数据可用于研究非均匀温度场对混凝土板力学性能的影响.     

针翅式散热器模块流动传热特性数值优化

为提升中高温电子器件的散热性能,以针翅式散热器模块为研究对象,研究了热管长度、散热器宽度、针翅直径、针翅间距和针翅高度5个结构参数对翅片散热性能的影响,对正交实验设计的16个组合方案下翅片的流动换热性能进行模拟。以努塞尔数Nu、阻力系数f、传热性能综合评价指标(performance evaluation criteria, PEC)和全因子评价Y作为评价指标,在每个评价指标下利用极差分析主要影响因素和挑选出优化组合。结果表明：影响Nu、f、PEC和Y的最主要因素是针翅间距;最佳优化组合为：针翅间距为2.5 mm,散热器宽度为80 mm,针翅直径为1.5 mm,针翅高度为20 mm,热管长度为25 mm,模块温降为16.28℃,热阻为0.265℃/W。     

标准升温下轻钢-混凝土组合梁的抗火性能研究

对标准升温下轻钢一混凝土组合梁的抗火性能进行了研究：采用ANSYS软件计算了轻钢一混凝土组合梁截面的温度场;采用数值算法计算了轻钢-混凝土组合梁的全过程曲线;采用抗力折减系数法分析了轻钢-混凝土组合梁的承载力在火灾下的变化情况;同时分析了各参数对温度场分布、全过程曲线及抗力折减系数的影响．结果表明：由于混凝土的吸热作用,钢梁的温度明显低于无混凝土时的裸钢构件;影响全过程曲线和抗力折减系数的主要参数是梁高和钢梁厚度,而其他参数影响较小;抗力折减系数的变化在后期比前期剧烈一些．理论分析结果得到了有关算例的验证．     

地铁火灾的盐水实验与计算机数值模拟

为了认识地铁火灾烟气的流动规律，达到为消防设计提供相关资料并采取合理消防措施的目的，采用缩尺盐水实验与计算机计算流体力学数值模拟相结合的方法对地铁火灾进行研究．研究受限空间火灾烟气运动的手段主要有全尺寸火灾实验、小尺寸模拟实验和计算机数值模拟3种．实验模拟了列车着火和站台着火2种情况，得到了地铁火灾的烟气流动规律，比较并分析了计算流体力学数值模拟与盐水实验得出的烟层无量纲高度和无量纲时间．计算流体力学数值模拟与盐水实验得到的烟气到达楼梯口所需时间相差为1．5—2s，到达远侧楼梯口所需时间相差7．2s．二者之间存在着一定的误差，但误差不大．同一时刻，数值模拟比盐水实验得到的无量纲烟层高度高0．1左右，变化趋势一致．结果表明，实验条件选取合理，方程模型选用和边界条件设置恰当，盐水实验与计算流体力学数值方法模拟地铁火灾均是可行的．     

火灾烟流与围岩间不稳定换热系数探讨

根据巷道实际规模火灾实验数据，分析了火灰烟流与巷道围岩间不稳定换热系数的影响因素，建立了它与无因次数群的函数关系，用回归分析法给出了不稳定换热系数的计算式。     

新型强化传热螺杆结构传热性能数值研究及场协同分析

利用CFD软件fluent对普通螺杆结构和新型强化传热螺杆结构在塑化计量段中的三维非等温流场进行数值模拟,研究两种结构流道内熔体的速度场、轴向和径向温度场、对流传热系数及场协同角的不同。结果表明：在塑化过程中,新型强化传热结构存在着径向的对流传质过程,加强了径向的对流传热,因此有较好的径向温度分布;新型结构较普通螺杆结构有较高的对流换热系数和较好的场协同性,从而加强了螺杆的对流传热。     

蒸汽-兰炭换热与余热回收特性实验研究

利用自行搭建的蒸汽–兰炭气固换热实验系统,研究了整个料层内兰炭与蒸汽的换热及余热回收特性,分析了颗粒平均粒径、料层厚度、蒸汽流量对兰炭余热回收量和蒸汽?增的影响规律。实验结果表明:随着换热时间的增长,料层整体平均温度以先快后慢的趋势逐渐降低,有效换热系数逐渐减小,热回收量和蒸汽的?增上升;增加料层厚度、减小兰炭颗粒的粒径、提高蒸汽流量有利于有效换热系数的增加,有效换热系数的范围在3.5～52.0 W/(m~2·K)之间。此外,拟合出了粒径、料层厚度、蒸汽流量、料层整体平均温度与有效换热系数的实验关系式。     

热辐射对中庭火灾烟流的影响

根据中庭火灾特点，提出了考虑辐射换热损失和壁面传热损失，不考虑燃烧过程视火焰为体积热源，浮升力作用下火灾烟气紊流流动的场模型，引入6通量辐射换热模型，分析热辐射对中庭火灾烟流的影响，并将辐射换热损失计入壁面传热损失，简化辐射换热模型计算，采用PHOENICS通用软件进行数值计算。结果表明，由于中庭温度相对较低，较射换热的影响较小，将壁面传热系数取最大值，从而将辐射换热的影响计入壁面传热损失的计算方法是可行的，应进一步完善数学模型，引入燃烧子模型。