公路隧道通风临界风速模拟研究

随着公路隧道向长大方向的发展,隧道内的行车速度和密度加大,隧道中的车辆因互相撞击、货物的自燃等原因引起隧道火灾事故的几率有增加的趋势。而风速对隧道中的火灾影响巨大。本文运用FDS软件,分别选择中小型火灾(火源功率为3MW和20MW),对隧道的临界风速进行数值模拟,刻划了其纵向通风时临界风速的分布情况。模拟结果表明:对中小型火灾,在临界风速下可以有效地抑止烟气的回流,为上游人员的撤离创造良好的条件;而下游则应该尽快疏导交通,以减少烟气扩散对下游的疏散的影响。临界风速的设置也有利于保护隧道结构。     

公路隧道通风临界风速模拟研究

随着公路隧道向长大方向的发展,隧道内的行车速度和密度加大,隧道中的车辆因互相撞击、货物的自燃等原因引起隧道火灾事故的几率有增加的趋势.而风速对隧道中的火灾影响巨大.本文运用FDS软件,分别选择中小型火灾(火源功率为3MW和20MW),对隧道的临界风速进行数值模拟,刻划了其纵向通风时临界风速的分布情况.模拟结果表明对中小型火灾,在临界风速下可以有效地抑止烟气的回流,为上游人员的撤离创造良好的条件;而下游则应该尽快疏导交通,以减少烟气扩散对下游的疏散的影响.临界风速的设置也有利于保护隧道结构.     

影响长江口深水航道骤淤的非常态天气过程 Ⅱ:台风要素敏感性分析及典型台风路径

为进一步研究台风中心气压、台风距离长江口距离(简称距离)、最大风速半径和移动风速4个典型参数对长江口航道骤淤的影响水平,采用正交试验方法,设计了64组典型试验工况,选择藤田-高桥圆形风场经验公式架构了台风场,然后采用SWAN模型模拟不同台风工况的波况,并计算牛皮礁站的波能。据波能的极差分析和方差分析,得出台风要素的敏感性次序。研究表明,长江口过境台风中,距离最敏感,而最大风速半径为较不敏感因素。选取主要的敏感性参数(距离、中心气压)为代表参数,概化移动风速和最大风速半径。在合理选取能够引起骤淤的临界波能的标准下,给出较易引发骤淤的典型包络线范围,为骤淤的预报提供了新的参考指标。     

不同通风方式下地铁区间隧道火灾烟气特性分析

为了解不同通风方式下隧道火灾烟气的运移情况,开展了管道热烟实验;进行了不同通风方式下火灾烟气运移的数值模拟;分别采用理论计算和数值模拟方法得到了不同火源热释放速率的纵向临界风速。结果表明:纵向风速较小时管道中的烟气呈现层状运动,风速较大时烟气分层现象消失;车厢内烟气的温度高于车厢外相同高度的烟气温度;采用数值模拟得到的临界风速低于弗洛德临界模型的计算结果;相同火灾功率时压入式通风临界风速比抽出式通风临界风速略小。当隧道内产生速度不小于2 m/s的纵向风时,可将烟气限制在火源的下游隧道。     

V形坡度对地铁隧道火灾临界风速的影响

由于穿越隧道、燃气管线和地质条件的工程需要,部分地铁隧道是V形坡度隧道。V形坡度隧道的烟囱效应会增加地铁隧道火灾烟气控制的复杂性和困难。该文采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究V形隧道夹角和高差对地铁隧道火灾临界风速和烟气返流长度的影响。研究结果表明,坡度隧道的隧道夹角对地铁隧道火灾临界风速有较大影响,隧道火灾临界风速随着上坡隧道夹角增大而变小,隧道火灾临界风速随着下坡隧道夹角增大而变大;V形坡度隧道自然通风竞争效应会对地铁隧道火灾临界风速有较大影响,隧道火灾临界风速随着上坡隧道高差的增大而变小,隧道火灾临界风速随着上坡隧道夹角的增大而变小。该文的研究结果可以为V形坡度隧道通风防排烟系统设计过程中的火灾临界风速取值提供理论参考和依据。     

水平隧道火灾临界风速的理论模型

从热物理学的角度,分析烟气不会发生逆流的临界条件,建立控制隧道火灾烟气蔓延的临界风速理论模型.并通过隧道列车火灾的缩尺寸模型试验和数值模拟计算对水平隧道火灾临界风速进行研究,确定理论模型中的待定系数.将理论预测值与Wu和Bakar模型的预测值进行对比研究.研究结果表明:由该模型计算得到的临界风速与试验测试值较吻合,验证了理论模型的可靠性;Wu和Bakar的模型对油池火灾临界风速的预测值偏低,本文所建立的理论模型不适合预测火源功率较高工况下的临界风速.     

水平壁面上液滴吹离的临界风速

以空气横掠水平壁面上的液滴作为研究对象，确定液滴脱离时的界面形状，给出沿接触线周边接触角的变化关系，在滞后张力模型的基础上，从力平衡出发建立脱落直径的联立方程，讨论液滴脱离直径与来流速度的关系．随来流速度增加，液滴所受表面力和风力均增加，低来流速度下，表面力起主要控制作用，随来流速度增加，风力比表面力增加得快，导致液滴半径越小，被风吹离所需的临界风速越大．液滴脱离的临界风速还与液滴距平板前缘L的距离有关，表现为L越大，液滴被吹离所需的临界风速越大，且液滴半径越大，L影响越显著．     

障碍物对孤立山丘三维风场的影响

采用数值计算软件FLUENT研究障碍物的尺寸、障碍物与山坡坡底的距离对山丘风场的影响.根据计算结果绘制山顶上方50m处的湍流强度和速度变化图,山丘表面风速值线图以及来流方向分风速等值线图.分析结果表明:障碍物越高,距离山坡坡底越近,山顶风速减小幅度越大,越不稳定;山丘上游存在障碍物时,迎风坡和背风坡均出现低速区;障碍物距离山坡坡底较近时,迎风面上还出现了回流现象.迎风面、背风面的速度变化较大,不适合安装风力机;山丘两侧风速一直变化不大,比较适合安装风力机.     

强风作用下港口集装箱群干扰效应的数值模拟

数值模拟港口集装箱群在强风作用下的倾覆干扰效应,分析集装箱群的倾覆临界风速干扰因子随集装箱堆放的排数、间距和层数变化的规律,并比较两堆和三堆集装箱的干扰因子.结果表明,集装箱堆局部集装箱的倾覆临界风速要比集装箱堆整体倾覆临界风速要小;随着层高的增加,各堆集装箱群的倾覆临界风速均相应的减小;随着排数的增加,各堆集装箱群的倾覆临界风速均相应的增大;随着间距的增加,各堆集装箱群的倾覆临界风速逐渐接近于单堆集装箱群.     

风雪流临界起动风速的研究

雪粒的起动以及临界起动风速是研究风雪流的形成过程中需要关注的首要问题.通过对雪粒的受力机制及其起动条件进行分析,建立了雪粒在平稳风场下的起动模型;研究了雪粒的临界起动风速以及临界起动风速与雪粒粒径、积雪时间和雪表温度的关系.结果表明,临界起动摩阻风速随着雪粒粒径的增大而增大;对于稳定的雪表温度,雪粒的起动摩阻风速在1000 s内是随时间而增加的,最终达到一个稳定值.起动摩阻风速随雪表温度的增大而增大,当雪表温度大于263 K时,其对临界起动摩阻风速影响很大;当雪表温度小于263 K时,其对临界起动摩阻风速影响相对较小.     

地铁区间隧道的烟气逆流长度与临界风速

采用因次分析方法推导了地铁区间隧道火灾烟气逆流长度的无因次表达式;以重庆地铁6号线为例,开展了区间隧道形状的调查,选择了9种不同断面形式的区间隧道,采用FDS5.5模拟计算了隧道火灾烟气运动状况,进而提出了烟气逆流长度和临界风速的预测模型,并进一步建立了几何比例尺为1∶10的地铁区间隧道模型实验台来开展小尺寸试验研究.结果表明:文中提出的烟气逆流长度和临界风速的预测模型的模拟结果与小尺寸试验结果吻合较好;相比于文中提出的临界风速预测模型的预测结果,现有的预测模型预测的临界风速偏小.     

正向风作用下的对开口腔室火灾行为

为了系统揭示正向风作用下对开口腔室火灾行为的演化机理，该文建立了更符合实际的腔室火灾场景，开展了相应的数值模拟和理论分析，研究了正向风风速对迎风侧、背风侧的火溢流行为、腔室内部温度以及腔室气体流动方式的影响。结果表明：随着风速的增加，通风控制下腔室迎风侧的火溢流会逐渐消失。之后，背风侧的火溢流也会逐渐消失。火溢流发生的临界判据为全局当量比等于0.645。当全局当量比小于等于0.645时，燃烧只发生在腔室内部；当全局当量比大于0.645时，腔室外部开始出现火溢流。在燃料控制状态下，腔室内部的平均温度随着风速的增大不断降低。结合腔室内外的能量守恒方程，通过量纲分析，建立了正向风作用下燃料控制状态腔室内平均温升模型。基于迎风侧和背风侧与腔室内的压差，建立了腔室气体由双向流动转化为单向流动的临界风速表达式。当风速小于临界风速时，腔室两侧开口气流存在双向流动；当风速大于等于临界风速时，腔室两侧开口气流为单向流动。     

空气负离子浓度的实验研究

测试了周围生活环境中的空气负离子浓度，并通过实验测试了衰减距离、摩擦、风速、温度、湿度等影响因素对材料产生负离子的影响．实验结果表明，周围生活环境中空气负离子浓度小于500个／cm^2，外界空气负离子浓度大于1500个／cm^2，空气负离子在环境中的衰减距离为20cm左右．当临界风速处于3m／s-10m／s之间，风速的摩擦可以产生负离子；相对于摩擦，温度、湿度的变化对材料产生负离子的影响较小．     

柔性梁颤振机理在压电式微型风能收集器设计中的应用

提出了基于颤振机理的微型风能收集器,采用颤振的柔性梁牵引锆钛酸铅(PZT)压电梁发生振动.通过风洞实验研究了柔性梁颤振发生的过程,发现颤振发生在切入临界风速与切出临界风速之间.分析了柔性梁的长和宽对器件性能的影响,发现随柔性梁长度增加,收集器的临界风速、颤振频率、输出电压和功率等性能都减小;随着宽度增加,临界风速基本不变,而颤振频率、输出电压和功率都增加.微型风能收集器的最低临界风速为6.4 m/s,最大输出功率为1.30 mW.结果表明柔性梁结构降低了PZT梁的切入临界风速,提高了输出功率,证实了基于柔性梁颤振结构的微型风致振动能量收集器的可行性.     

基于TMDI的大跨度桥梁颤振控制理论研究

为解决传统调谐质量阻尼器（Tuned Mass Dampers， TMD）在低频大跨度桥梁中静位移过大的问题，提出采用调谐质量惯容阻尼器（Tuned Mass Damper Inerter， TMDI）提高大跨度桥梁的颤振临界风速. 提出了一种适用于桥梁颤振控制的TMDI布置形式，并基于二维耦合颤振理论，建立桥梁-TMDI系统运动微分方程，进而导出系数多项式特征方程. 根据劳斯-赫尔维茨稳定性判据，计算颤振临界风速. 以具有理想平板断面的简支梁为例，分析TMDI在桥梁颤振控制方面的有效性，并探讨了TMDI各参数设置对颤振控制的影响. 研究结果表明，TMDI可以有效提高桥梁颤振临界风速. 与传统TMD相比，虽然引入惯容可能会稍微削弱其控制效果，但却可以大幅降低质量块静位移，从而在实际工程中具有更高的实用价值.     

大跨悬索桥施工过程颤振稳定分析

随着悬索桥跨径的不断增大，抗风稳定性成为控制桥梁设计与施工的最主要因素。尤其是在施工初期，结构的刚度比成桥要低得多，使得颤振临界风速最低，更容易发散。通过对主梁非对称拼装顺序以及采用临时的水平交叉加劲措施等方法的研究，讨论如何提高桥梁施工过程的颤振临界风速。分析结果表明，当主梁采用非对称施工时，会有效提高结构的等效质量，从而提高临界风速。当采用水平交叉索时，结构的抗扭刚度显著增加，同样增强了桥梁施工过程中的抗风稳定性。     

小尺度新月形沙丘背风侧流场特性的大涡模拟分析

为了准确获得新月形沙丘背风侧湍流流场流动特性,采用基于Smagorinsky的亚格子尺度涡黏模型的大涡模拟(LES)方法,对简化了的实验缩比小尺度沙丘模型绕流气相流场进行了数值研究,模拟了相同来流风速、不同沙丘迎风坡度和高度下背风侧风场的湍流流动模式,获得了背风侧区域地表面摩擦系数分布,比较了回流区长度和湍流强度分布.模拟结果表明:LES方法能较好地揭示背风侧湍流流场特性;流场重附距离随沙丘迎风坡度和高度的增加而增大;背风侧回流区内湍流强度总体上比回流区外大,回流区内沙丘坡脚位置及重附点位置处湍流强度最大值出现在贴近地表附近,随沙丘高度的增加而增大;回流区中部湍流强度最大值出现在回流区顶部,随沙丘高度的增加先增大后基本不变.     

射流风机位置对隧道火灾烟气蔓延特性的影响

为探明隧道火灾临界风速时的火区通风阻力,并明确射流风机局部风流场对隧道烟气蔓延的影响规律,采用计算流体动力学软件ANSYS Fluent,建立了考虑20 MW火灾长度800 m的1∶1隧道数值模型。通过开展5 MW隧道火灾数值计算和1∶10物理模型试验,以临界风速和温度为指标,验证所建数值模型的合理性和适用性。确定隧道火灾临界风速及火区通风阻力,并在临界风速条件下,进行火源与射流风机不同相对位置时隧道火灾场景的数值计算。研究结果表明：300 m隧道内5 MW火灾,临界风速约为2.0 m/s,火区通风阻力约为3.0 Pa; 800 m隧道内20 MW火灾,临界风速约为2.8 m/s,火区通风阻力约为7.0 Pa。在20 MW火灾临界风速条件下,当火源位于风机下游40 m范围内,烟气分层完全被破坏,火源下游区域不利于人员疏散,当火源位于风机下游80及120 m处,烟气状态分别为分层较好和分层良好,相应的火灾危险区域分别为火源下游300 m范围内和火源下游100 m范围内;当火源位于风机的上游,烟气蔓延至风机位置前分层良好,蔓延至风机位置后,随高速射流迅速向下部扩散并充满隧道断面,风机下游区...     

火灾时隧道截面形状对临界风速和烟气分布影响的数值研究

模拟分析了某地铁实际工程中三种区间隧道断面(单线盾构圆形断面、单跨矩形断面和双跨矩形断面)对临界风速的影响,结果表明单线盾构圆形隧道的临界风速最大,双跨矩形隧道对应的临界风速最小.拟合得出了纵向通风速度和逆流层长度的变化关系式,计算得出了10 MW火灾强度下三种隧道的临界风速,并在临界风速条件下对三种截面形状隧道对烟气的温度和浓度分布的影响进行了模拟分析,验证了拟合得出的通风速度和逆流层长度变化关系式的准确性,为地铁区间隧道火灾烟气扩散控制和通风系统设计提供了一定的参考依据.     

间断型三向TMD桥梁颤振控制

为了控制桥梁结构风致振动,提出了间断型三向调谐质量阻尼器(TMD)的概念,旨在提高桥梁结构的颤振临界风速,并提出了间断型三向TMD控制系统及其相应的理论和计算方法.间断型三向TMD能同时控制桥梁结构横向、竖向和扭转三个方向的风致振动.通过最优控制理论计算得出系统的最优参数,通过风洞试验和Ansys软件模拟计算,得到重要结论:参数合理的间断型三向TMD系统能显著提高桥梁结构颤振临界风速.