改进热平衡法的燃油式火灾试验炉模拟与分析

为实现火灾动力学模拟(FDS)软件对火灾试验炉的模拟,以热平衡法为基础,在原燃油生成热计算公式中引入有效燃烧系数,使其适用于FDS对轻柴油燃烧的模拟;依据质量守恒原理,计算离炉烟气带走热量代替原来的经验公式计算法,进而提出基于改进热平衡法的FDS模拟火灾试验炉的方法.模拟结果表明:相较于热平衡法,改进热平衡法FDS可以更好地模拟火灾试验炉的燃烧过程,模拟平均炉温曲线和设定的ISO-834标准升温曲线吻合得更好.     

基于不同时间-温度场模型的索穹顶火灾响应分析

针对跨度71.2,m的Levy型索穹顶,采用ISO834标准升温曲线和实用大空间建筑火灾空气升温经验公式,分别计算索穹顶各节点处在火灾下的时间-温度场模型.同时基于FDS场模拟软件,考虑索穹顶屋顶中心设有排风口与未设排风口两种情况,模拟得到了索穹顶在火灾过程中的时间-温度场模型.随后采用ANSYS有限元分析软件,数值模拟索穹顶在上述4种不同的时间-温度场模型的结构响应,并进行了对比分析.结果表明:在地面中心火源的火灾过程中,索穹顶中心拉力环位移最大,竖向位移逐渐增大;在采用ISO834标准升温曲线、实用大空间建筑火灾空气升温经验公式及FDS模拟屋顶中心未设有排风口情况下,内脊索索力逐渐下降至零,最终退出工作,导致结构整体失效;采用传统已有的经验公式得到的时间-温度场与大空间穹顶建筑的实际时间-温度场相差较大,应依据实际建筑体形以及排风口设置情况确定时间-温度场模型.     

火灾时隧道衬砌结构内温度场分布规律试验

借助火灾试验,对衬砌结构内温度场随时间的变化规律、温度场沿厚度的分布规律以及不同边界条件对温度场的影响进行了研究.试验中,衬砌结构混凝土等级为C50,升温曲线采用HC曲线,升温及恒温持续时间约60min.试验结果表明衬砌结构内各点的升温曲线在100～115℃附近会出现一个明显的恒温平台,且距受火面越远,温度平台出现的时间越晚,持续的时间越长,这反映了混凝土内水分的蒸发吸热过程.在试验升温、恒温及降温全过程中,衬砌结构内温度场沿厚度方向的分布满足指数衰减规律.同时,相对裸露于大气中的结构,由于周围岩土体的吸热,衬砌结构中各点的温度要偏低,且越靠近边界,偏低量越大.     

桥面火灾条件下斜拉桥拉索及全桥结构的安全性能

针对日益受到关注的桥梁火灾风险问题,以一座大跨斜拉桥为研究对象,进行性能化抗火分析.首先进行火灾危险源分析,设置了3种桥面火灾场景;通过FDS模拟获得了不同场景下的火场温度,并与ISO834升温曲线进行比较;分别通过FDS火灾场和ISO834升温曲线得到了两种情况下的拉索温度,并结合屈服强度变化规律进行了拉索失效分析;最后对全桥安全性能进行了评估.结果表明:基于FDS模拟的火场温度总体上低于ISO834曲线温度,在最不利条件下最多可致3根拉索断裂;火灾对斜拉桥整体安全性能的影响有限,但会削弱桥梁的使用功能,应采取必要的防范措施以减小火灾损失.     

火灾模拟实验智能测控系统

按国际标准ISO834升温特性, 针对火灾模拟实验炉开发了一套火灾模拟实验过程智能测控系统. 该系统包含带智能通信的多路温度采集、带主元分析神经网络炉温数据融合、炉温智能PID控制等多种智能信息处理技术. 智能通信同时拥有RS-485串行和EPP并行接口, 保证了所采集的多路温度数据的实时性;采用带主元分析和RBF神经网络的炉温数据融合模型使炉温估计精度比采用常规的最小二乘方法所得的拟合精度明显提高;采用智能PID控制则使炉膛的实际升温曲线符合ISO834国际标准升温要求.     

公路隧道火灾的模型试验与数值模拟分析

为研究公路隧道火灾烟气温度场的分布规律,提升公路隧道的火灾安全性,以相似理论为依据,结合某实际隧道工程实例,设计了一套隧道火灾模型实验装置。模型隧道横截面为0．88m×0．5m,长12m,隧道内的风速可在0～5m／s范围内调节。采用该试验装置,进行了火灾时隧道内温度场的纵向、横向分布规律以及温度场扩散范围的火灾模型试验。试验中设定了不同的通风风速来模拟实际的隧道火灾场景,隧道内烟流温度通过数据采集系统读取。用FDS火灾动力学模拟软件进行了数值模拟计算,总体来看数值模拟的结果与试验数据的吻合程度较好。并依据试验及数值模拟的结果对隧道火灾的控制、救援和人员疏散提出了一些建议。     

两长边简支和两短边固支钢筋混凝土双向矩形板的火灾行为试验

进行两对边简支、两对边固支钢筋混凝土双向板在恒载-升温工况下火灾试验,研究板内混凝土和钢筋的温度场变化、板平面内的竖向变形、板平面外的水平位移,以及板边绕支承轴线转角变化的情况.描述和分析双向板在火灾下的宏观现象和破坏特征,并与同轴线尺寸的其他3种边界条件双向板进行对比.试验结果表明:板面裂缝整体成椭圆裂缝,板中区域沿长跨、短跨方向均存在多条较大裂缝,板面裂缝由固支边中部区域横向裂缝与固支边角部密集的环形斜裂缝组成;板内存在明显的温度梯度,形成非线性温度场;在升温过程中,板平面外位移整体呈现非线性趋势、板中部位移较大;而在降温过程中,板中位移回弹明显,板中竖向位移与炉温快速下降的变化趋势不一致,出现较长的水平段;整个升温过程中,混凝土板边持续向外膨胀,固支边位移较简支边位移变化小;简支边转角随着受火时间不断增大、整体较大.     

火灾后预应力混凝土连续板力学性能试验与分析

完成了7块火灾后两跨无黏结预应力混凝土单向连续板受力性能试验.基于试验结果,拟合出火灾后预应力混凝土连续板中无黏结筋剩余应力、极限应力的计算公式,提出了火灾后预应力混凝土连续板正截面承载力计算公式.根据火灾下温度场分布沿板厚方向将截面分条带,引入火灾后钢筋、混凝土本构关系,基于截面轴力、弯矩平衡,获得了火灾下预应力混凝土板任意截面的弯矩-曲率关系全曲线.基于支座变形协调方程,可用割线刚度法对支座反力进行迭代求解,计算板在外荷载(曲率荷载)与支座反力共同作用下的弯矩、挠度和支座位移,进而对截面曲率积分可求得连续板的变形.试验结果表明:初始有效应力越高、受火时间越长,火灾后连续板预应力钢丝应力损失越严重;保护层厚度越小、受火时间越长、荷载水平越大,火灾后板跨中截面承载力降低幅度越大;受火时间越长、荷载水平越大,板中支座截面承载力降低幅度越大.     

顶棚烟道对隧道火灾烟流蔓延作用的数值分析

为了解发生火灾后,顶棚设有烟道的隧道结构对人员逃生是否有利,采用火灾动力学数值模拟软件FDS,对热释放速率为20MW的中等火灾规模进行模拟,着重分析了烟道设置以及烟道口处排风风速变化时的烟气蔓延和温度分布情况.结果表明:在现有的隧道顶部加烟道将提高整个隧道顶部的烟气浓度,内侧烟气浓度从40mg/m3提高到120mg/m3,外侧提高到100mg/m3;烟道口处设排风可加速烟气进入烟道,使得离火灾发生位置最近的两个烟道口外侧的烟气浓度和温度大大降低,提高了人员逃生的安全系数;当排风风速为2.5m/s时,300s后排风口外侧的CO含量开始趋于常数且低于13×10-6(体积分数),该浓度下人员可顺利逃生,同时可使得火灾发生时消防人员可从上、下游两个方向对火灾进行扑救;该种隧道结构下发生火灾时必须保证只有2个烟道口处于开启状态.     

地铁火灾中强制通风烟控系统作用的模拟

地铁火灾比地面火灾具有更大的危险性。通过对地铁火灾的模拟可以重现火灾过程，研究火灾现象，分析火灾原因。通过FDS模拟，对比大邱市地铁火灾在有无强制通风烟控系统条件下，火灾现场的温度场和烟尘分布，研究讨论其对控制地铁火灾的重要作用。     

建筑构件多功能耐火试验炉的设计

为了适应多种建筑构件耐火试验,并提高试验的可靠性,根据GB/T9978—1999标准的要求,设计了水平建筑构件耐火试验炉和垂直建筑构件耐火试验炉各一座.通过合理布置燃烧器,使炉内的温度更均匀,利用自行设计的控制系统对炉内的温度及压力进行自动控制,克服了传统人工操作的各种缺点,同时也减少了污染,节省了空间,节约了燃料及人工成本.最后介绍了试验炉的使用情况,取得了较好的效果.     

HTAC技术应用于火筒式油田加热炉的热工特性实验研究

将高温低氧燃烧技术(High Temperature Air Combustion,简称HTAC)应用于火筒式油田加热炉,解决其炉膛换热面受热不均的问题,并对HTAC技术在火筒式油田加热炉上应用相关的热工特性进行了实验研究。结果表明：采用烟气再循环方式可有效实现高温低氧燃烧,且将氧浓度控制在10%-13%范围内较为适宜;采用HTAC技术后,加热炉炉膛内不存在明显的局部高温区,炉膛周向和轴向换热的均匀性均大幅改善;当加热炉负荷降低至额定负荷的60%以下时,炉内轴向换热的均匀性明显恶化,但周向换热的均匀性基本不受影响。     

高层建筑的火灾模拟与逃生行为研究

以广州天河某商业中心为例,运用FDS和Pathfinder模拟器,研究了火灾场景时高层建筑内的烟气蔓延速度、温度、CO浓度和能见度的变化规律,以及室内人员的疏散行为特征。结果表明:①高层建筑中,在人员可用的安全疏散时间内,对人员逃生起决定作用的是中间过程阶段。在中间过程阶段,人员的移动速度会因路径选择难度的加大而变得缓慢,若适当地进行诱导,将有利于提高疏散速度。②本例中,仅通过疏散楼梯来进行人员疏散是不切实际的。考虑高温有毒的烟气有可能通过缝隙蔓延进电梯内,消防疏散电梯应仅停避险层、底楼或临近火灾区域的楼层。③FDS可以直接导入Pathfinder人员模拟器。通过FDS模拟高层建筑火灾,并结合Pathfinder进行人员疏散模拟,能根据实际情况找出最佳疏散时间,从而为实际应用中的疏散演练和应急诱导疏散规划等问题提供理论依据。     

基于FDS和Pathfinder的地铁车站人员疏散研究

为减小地铁火灾对人员生命财产所造成的损失,基于对地铁火灾的特点和危险因素,以及人员疏散仿真中主观和客观影响因素的分析结果,提出基于FDS(Fire Dynamics Simulator)和Pathfinder的地铁车站人员疏散决策分析方法,并以武汉市轨道交通五号线司门口地铁车站为研究背景,建立了FDS火灾仿真模型和Pathfinder人员疏散仿真模型。在FDS火灾仿真中,分别从烟气温度、CO浓度和能见度三个方面确定了各危险位置的可用安全疏散时间。在此基础上基于Pathfinder进行人员疏散仿真,主要从人员逃生率、可用安全疏散时间利用率等方面对其结果进行分析。通过改变仿真中的待疏散人员数量和火源功率,探究了该车站的人流量容纳能力和火源功率容纳能力,对地铁火灾疏散具有一定的参考价值。     

氧化锌法式圆炉燃烧系统及结构优化

 氧化锌的生产可分为火法和湿法两种工艺,法式氧化锌生产工艺是火法间接氧化锌生产的一种重要工艺。本文以浙江某厂的一台氧化锌法式圆炉为研究对象,采用数值模拟方法对该窑炉的加热工艺及结构进行优化,并通过改造实施进行验证,有效提高了氧化锌法式圆炉的热效率,增加了窑炉的使用寿命。通过对法式圆炉燃烧井及燃烧空间的数值模拟,对比分析了燃烧器型式及燃烧井结构的变化对窑炉温度场、流场及气体浓度场等的影响,据此提出了合理的优化改造意见,模拟结果与实测数据吻合良好。依据模拟结果对法式圆炉进行节能技术改造,首先将燃烧器型式由大气式改为预混式,并采用空燃比例调节装置,控制天然气和助燃空气的比例及混合程度;其次将炉窑燃烧井由竖直结构改为扩口结构。技术改造之后,生产每吨氧化锌的天然气单耗由240Nm³降至192Nm³,日节约天然气360Nm³;内外坩锅寿命由3个月提高至6个月;每个生产周期氧化锌平均产量由7.5t/d提升至8.0t/d,单台窑炉的年经济效益可达50万元人民币。     

带连接板的空心板整浇楼面耐火性能分析

为分析带连接板的空心板整浇楼面试件的耐火性能,通过有限元分析方法,建立恒载升温下的空心板整浇楼面试件的数值分析模型,并与试验结果进行对比和验证.基于验证后的有限元模型,分析荷载水平、空心几何尺寸、现浇楼板钢筋网屈服强度和空心板端可压缩层厚度对空心板整浇楼面耐火性能的影响.结果表明:试件的破坏形态、温度场分布、板面挠度变化的模拟结果与试验结果吻合较好;邻近连接板的空心板肋部发生连贯破坏;通过生死单元法能较好地还原破坏现象对后续温度及变形发展趋势的影响;连接板构造是空心板整浇楼面隔热较弱部分,不利于整体结构防火;随着荷载水平的提高,试件的耐火极限显著降低,试件连接板与空心板交界处及现浇板的中心区域发生破坏;空心尺寸改变、钢筋网强度减少、可压缩层厚度增加均会使空心板整浇楼面的耐火性能出现不同程度的下降.     

推钢式板坯加热炉流场、温度场和浓度场的模拟研究

针对推钢式板坯加热炉,建立加热炉内气体流动、燃烧和传热过程数学模型.采用计算流体力学(CFD)商业软件Fluent模拟得到加热炉炉内的温度场、流场以及反应物和生成物浓度分布.结果表明:通过预热空气至350℃和预热煤气至50℃,平均炉温能够达到1300℃,满足钢坯加热温度要求.由于加热炉结构复杂,使得炉内有明显的回流,预...     

火灾后四边简支钢筋混凝土板刚度与挠度试验研究及分析

为研究钢筋混凝土双向板在遭受火灾作用后的承载能力及挠度发展规律,对配筋率及受火时间不同的火灾后钢筋混凝土双向板承载能力进行研究。研究结果表明：火灾作用后,双向板在荷载作用下无混凝土开裂前的弹性阶段,而是直接进入带裂缝工作阶段,且只存在钢筋屈服前的带裂缝工作阶段和钢筋屈服后的破坏阶段;配筋率高的双向板挠度发展较为缓慢,具有更好的抵抗变形的能力,提高配筋率可使得双向板的抗弯刚度增加;随着受火时间的延长,双向板挠度发展加快,挠度曲线更为饱满,表明火灾使得双向板的抗弯刚度削减,挠曲变形也随之增大;以已有的受弯构件刚度的计算方法为基础,结合材料的高温后性能与火灾对双向板承载性能的影响,采用分层划分的方法,推导给出了火灾后钢筋混凝土双向板刚度及挠度计算公式,并与试验对比进行验证。     

火灾下两种不同边界钢筋混凝土双向板的振动性能分析

开展火灾下三边简支一边固支、两短边固支两长边简支两种边界条件下的足尺混凝土板的火灾试验.首先,在双向板表面布置拾振器,对火灾下两种双向板的振动性能进行研究;然后,通过回归分析,提出火灾下双向板的竖向一阶自激励频率与板中竖向位移的关系式,并基于频率差值进行楼板耐火极限预警;最后,采用ABAQUS软件对三边简支一边固支双向板受火过程中的频率差值进行模拟.结果表明:两种边界条件的双向板在火灾作用下的竖向一阶自激励频率均明显降低;频率差值-板中竖向位移的计算值曲线与实测值曲线基本一致.