建筑火灾的模拟方法及进展

本文首先论述了建筑灾实验研究的手段及进展，再以场模拟和区域主分别讨论了建筑火灾数值模拟的几种主要手段及各自的特点和进展，最后分析了一些有待进一步研究的问题。     

弯曲管道内气流流动研究概况

为了满足增强隐身效果、减少飞行阻力等方面的需要,导弹外机身必须设计成流线型,其进气道也要设计成弯曲式管道.而进气道的弯曲会造成流动畸变,严重影响出口的气流品质和发动机性能.因此,充分研究弯曲气道的气流流动对于进一步改善其管道流动性能及推动喷气推进系统技术的发展有重大意义.本文简述了国内外在弯曲管道中气流流动的数值计算与实验方面的研究概况,介绍了几种计算弯管内气流流场的差分格式以及一些流场测量方面的先进技术,并就其今后的研究方向提出了一些有益建议.     

活生物体的激光捕集法

美国AT&T贝尔实验室的研究人员已发展了一种光学方法来捕集和处理活生物体.这种方法使微生物学家能进行现今还不能做的活微生物实验.他们第一次用激光束捕集微生物而不致损伤它们,此法称为激光捕集法. 由于在激光捕集器中生物粒子被辐射压力推到     

体育场馆火灾烟气运动数值模拟中发现的2个典型现象

通过求解流体Navier-Stokes方程对一综合体育馆火灾场景进行了数值模拟. 模拟湍流采用Smagorinsky大涡模拟方法, 模拟燃烧采用混合比例燃烧模型, 对火灾工况下的流体流动做了低马赫数假设. 通过对数值计算结果揭示的流场速度、温度、组分浓度等物理量的的分析, 发现在火灾发生后, 利用自然通风或机械通风排烟过程中, 存在门效应和烟气堵塞两种不利于烟气控制的重要现象. 在这两种效应的作用下, 不合理的通风口位置, 甚至机械通风的引入都可能导致排烟效果的恶化. 分析了两种效应的产生原因和作用机理, 最后对消除这两种现象提出了参考性体育场馆火灾通风设计.     

被动式超低能耗建筑设计基础与应用

人居环境的可持续发展需要同时解决建筑环境质量、建筑节能减排以及地域文化传承问题,运用被动式建筑设计技术创建适宜于地域气候与资源环境的超低能耗建筑是实现人居环境可持续发展的根本途径.本文从被动式设计原理出发,提炼了实现超低能耗建筑设计的关键技术问题,并综合运用建筑学、建筑气候学和建筑环境工学等交叉学科基本理论,通过理论分析、实验测试、方案设计与工程示范,系统建立了室内人体热舒适需求规律和室外典型气候的精细化表征方法,提出了低能耗建筑设计的气候分析技术与气候分区方法,被动式太阳能采暖与蓄热通风降温技术的热工设计计算方法,形成了被动式超低能耗建筑设计理论体系,并在西部地区得到推广和应用,为地域建筑的可持续发展提供了理论支撑和解决途径.     

提高抑制流动分离能力的等离子体冲击流动控制原理

由于介质阻挡放电等离子体气动激励诱导的气流速度及其抑制流动分离的能力难以显著提升, 因此研究新的技术途径提高等离子体气动激励抑制流动分离的能力是十分必要的. 提出基于冲击气动激励的等离子体冲击流动控制原理, 包括冲击激励、涡流控制、频率耦合等内涵, 通过理论研究、实验和数值仿真, 研究了等离子体冲击气动激励机理, 以及等离子体冲击气动激励提高抑制流动分离能力的原理, 并在100 m/s来流速度下验证了等离子体冲击流动控制原理的有效性.     

中央空调管道中应用紫外线消毒的研究

中央空调系统是一个相互连通的系统.如果其中某一个部分暴发了致病菌的污染,致病菌很有可能通过中央空调的回风系统进入新回风混合室,再通过送风系统传播到建筑内的各个角落.紫外线作为一种传统的消毒手段,在应对病毒的防治过程中起到了重要作用.关于紫外线消毒在中央空调中的应用有许多不同的说法,文章对此作出相应分析,同时结合实验研究以及理论计算,得出了单纯利用紫外线杀菌手段对流动空气很难达到消毒效果的结论.     

建筑相变蓄热及夜间通风技术研究进展

被动式建筑节能策略通过提升建筑物自身性能及充分利用自然能源来营造舒适的室内热环境,是实现建筑可持续发展的有力途径.相变蓄热技术及夜间通风技术是被动式建筑节能的有效措施,两者有机结合的复合降温技术更能显著改善夏季建筑物室内热环境,降低空调制冷能耗.该技术在利用相变蓄热大幅提升建筑物热稳定性的同时,充分利用了夜间通风携带的自然冷量资源,达到了节能和舒适性并举.通过对相变蓄热、夜间通风以及其二者复合降温技术主要研究领域文献的深入调研,从技术原理、实验研究、节能降温效果等方面对该技术的研究现状进行了分析,综述了相变蓄热及夜间通风技术的研究进展.分析表明,合理应用相变蓄热结合夜间通风复合降温技术可以获得舒适的夏季室内热环境,有效节约空调制冷能耗.通过综合分析该复合降温技术各构成要素之间的相互影响关系,指出该技术应用方式多样,需要综合考虑到气候条件、相变蓄热使用方式以及夜间通风策略等诸多因素.最后,对该技术的复合降温机理及热工设计策略的进一步研究做出了展望.     

离子液体捕集二氧化硫气体的研究进展

近年来,化石燃料燃烧产生的二氧化硫(SO_2)对人类健康和生态环境造成严重威胁,如何有效捕集SO_2引起了国内外学者的广泛关注.离子液体作为一种新型绿色溶剂,具有蒸汽压低、液程宽、稳定性好、结构和性质可调节等特殊的性质,在气体分离领域得到了广泛的应用,被视为有前景的SO_2吸收剂.调节离子液体的结构,进一步改善离子液体的捕集性能,使其快速、高效、低耗、可逆地捕集烟气SO_2是研究的关键.本文综述了近年来离子液体捕集SO_2的研究进展,主要内容包括常规离子液体和功能离子液体,其中功能离子液体主要包括有机酸盐离子液体、含酚基阴离子或唑基阴离子的离子液体、含醚基或氨基的离子液体和多功能离子液体.同时,对目前该领域的发展所面临的主要问题和进一步的研究工作提出了建议.     

与建筑一体化太阳能双效集热器系统在夏季工作时对建筑负荷的影响

特别针对已提出的与建筑一体化太阳能双效集热器系统以自然循环方式工作的集热水模式, 建立了与建筑耦合计算的系统理论模型并进行了实验验证. 实验验证结果验证了该理论模型的正确性. 另外, 为了讨论该新型系统在夏季工作时对室内热环境的影响情况, 还特别针对一个依据一般实际建筑的结构和围护结构材料特点而设计的虚拟房间, 采用验证的理论模型, 模拟计算了该房间带新型集热模块和不带新型集热模块的冷负荷情况. 模拟结果得到, 在夏季工作时, 房间带新型集热模块时的全天冷负荷量比不带时要降低约1.02%. 尽管这个降低量不大, 但这个结果表明, 与建筑一体化太阳能双效集热器系统在夏季工作时不仅可以有效利用太阳能制热水, 而且不会遇到传统被动采暖系统在夏季要遇到的夏季过热问题, 更特别的是还能一定程度上改善室内热环境.     

水泥生产过程中低温烟气用余热锅炉性能的全尺寸数值模拟

随着能源利用的日益紧张,工业余热的高效综合利用受到较多关注.作为一种典型余热回收利用装置,余热锅炉的应用日益广泛.鉴于余热锅炉容量大、结构复杂,相关的数值建模较困难.本文提出一种新的余热锅炉数值模拟方法,用于实现余热锅炉的全尺寸数值模拟.研究得到了余热锅炉用换热管束间的流场和温度场的分布特征,给出了余热锅炉的流动和传热特性.分析了烟气入口温度和流量对锅炉性能的影响,结果表明余热锅炉的综合性能随着入口烟气温度的升高而升高,随着烟气流量的增加而增加.     

我国健康建筑中VOC污染控制研究进展及思考

系统介绍了我国建筑室内VOC的定义、来源、浓度、健康危害、评价标准、控制技术的研究应用现状,总结了过去10多年我国在室内VOC控制方面采用的技术途径及效果.基于未来室内环境VOC控制指标数量、限值、健康风险等的发展趋势,同时结合室外源、室内固定源和活动源的特征,提出了我国近期和未来应当采取的技术路径,以及工程、产品、环境质量评估方面面临的主要任务.     

中央空调管道中应用紫外线消毒的研究

中央空调系统是一个相互连通的系统。如果其中某一个部分暴发了致病菌的污染,致病菌很有可能通过中央空调的回风系统进入新回风混合室,再通过送风系统传播到建筑内的各个角落。紫外线作为一种传统的消毒手段,在应对病毒的防治过程中起到了重要作用。关于紫外线消毒在中央空调中的应用有许多不同的说法,文章对此作出相应分析,同时结合实验研究以及理论计算,得出了单纯利用紫外线杀菌手段对流动空气很难达到消毒效果的结论。     

面向碳中和的高温熔盐电化学技术

高温熔盐电化学反应具有反应动力学快、选择性好的优点,可用于能源存储与转换、金属材料的提取和纯化、二氧化碳的捕集和转化利用、退役金属材料的循环利用等领域,利用清洁电能驱动的高温熔盐电解技术可实现从源头、过程和末端全流程降碳减排.本文简要回顾了近20年来武汉大学在高温熔盐电化学方向的主要研究工作,包括熔盐电解固态化合物冶金(低碳提取)、熔盐捕集-电解转化CO₂(碳捕集与转化)、熔盐电化学制备功能材料(材料低碳制备)、熔盐电解回收能源金属材料(低碳绿色循环)和高温电解器关键材料(析氧阳极),形成了固态化合物还原反应动力学“三相界线”理论,丰富了高温惰性合金析氧阳极选材数据库,揭示了阳极氧化膜稳定服役机制,发明了熔盐电化学阳极氧化冶金新方法,提出了“熔盐电解质酸碱性-电极反应调控”新策略,并为新能源产业可持续发展所需的“前端原材料清洁提取”和“末端退役能源材料回收利用”提供新方法和新技术.以此为线索,评述了面向碳中和的高温熔盐电化学所面临的机遇与挑战,讨论了高温熔盐电解基础理论和应用技术的发展趋势,展望了清洁电能驱动的熔盐电解技术在实现碳达峰、碳中和目标中的潜在贡献.     

数值分析螺杆槽道内气液两相流液相分布及压降特性

主要利用数值模拟对螺杆槽道内气液两相流的液相分布和压降特性进行研究,数值模拟结果和已经取得的试验结果进行了对比,结果表明:本文采用的数值模型具有很好的预测结果.数值模拟主要通过改变螺杆槽道的节圆直径、入口截面含液率以及流体运动速度,获得相应条件下的压降及液相分布特性.减小螺杆槽道节圆直径或者增加入口截面含液率可以增加外壁面的液相含量,同时引起压降的增加.根据数值模拟结果,并考虑螺杆节圆直径和流体入口含液率的影响,拟合得到螺杆槽道内气液两相流的摩擦压降计算关系式.     

自然通风采光技术在下沉式窑洞改造的应用

自然通风是建筑节能的一种有效手段,对于降低能耗,提高室内舒适度都有着非常重要的作用.文章介绍了自然通风的两种基本形式(风压通风和热压通风)及其原理,旨在揭示自然通风技术的重要性及复杂性,并以陕西三原县柏社村地坑窑为研究对象,利用房中庭院自然通风技术,为下沉式窑洞民居室内环境的改善作出了有益的尝试.     

螺旋通道内流体流动与传热特性研究进展

螺旋通道是提高流体传热及传质效率的重要结构,以其节省空间及易于加工的特点被广泛应用.而通道内流体的流动和传热特性作为评价螺旋通道的重要性质,对其实际应用具有重要的指导意义,成为近年来的研究热点.而研究重点主要集中在螺旋通道的结构参数和流动工质两个方面,本文对螺旋通道内流体流动与传热特性研究进行综述,总结了螺旋通道结构及流动工质对其性能的影响规律;具体分析了螺旋通道直径、管径、螺距、截面形状等结构参数以及流动工质种类、浓度等物性参数对其传热系数和流动阻力的影响;对比了层流及湍流状态下实验和数值模拟结论;为螺旋通道结构优化及工质选取提供了参考,并且展望了螺旋通道内流体流动及传热特性研究的发展趋势.     

耗散粒子动力学方法在生物学领域的应用与研究进展:从蛋白质结构到细胞力学

耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)是近年发展起来的一种介观尺度的数值模拟方法,是研究软物质和复杂流体动力学行为的一种重要手段.这种新型介观模拟方法采用粗粒化粒子模型描述具有关联性的原子团或物质团,并通过简单的软排斥作用力描述粗粒化粒子间的相互作用,从而实现更大时间和空间尺度的复杂系统模拟计算,如油/水/表面活性剂体系、聚合物和胶体溶液的化学形态、微观形貌、相分离以及复杂流体流变特性的模拟等.本文首先介绍了DPD方法的理论框架,继而详细综述了DPD方法在生物系统中的应用.具体地,在分子尺度,我们重点介绍了该方法在蛋白质结构及其相互作用、两亲性脂质分子膜的结构与动力学、脂质膜与蛋白分子相互作用、纳米颗粒与脂质膜相互作用等方面的研究现状和研究热点.在细胞尺度,我们归纳了DPD方法在模拟血液微循环系统中血细胞的流动和血液流变学行为等方面的应用进展,包括红细胞的变形及流动,白细胞边聚及黏附行为,血小板边聚、黏附及聚集行为,健康与疾病状态下血液流变学特征,循环肿瘤细胞迁移、黏附及分选富集等.此外,我们总结了用于模拟血细胞变形及血液流动的其他数值模...     

典型烟气余热换热器气侧积灰特性

针对工业烟气中含尘量大,容易造成烟气换热器表面积灰的问题,对比研究了两种典型烟气余热换热器气侧的积灰特性.首先对比了两种翅片管换热器的流动特性,并结合离散相模型(DPM)模拟了飞灰颗粒的运动、碰撞和沉积过程;其次,针对模拟时间步长相对于实际时间较短的问题,提出了通过时间放大因子将数值模拟结果与时间换算到实际时间尺度的方法;然后,具体研究了实际时间尺度下两种H型翅片管表面的积灰特性,分析了入口速度和颗粒粒径的影响.结果显示,飞灰颗粒主要沉积于H型翅片管前侧的流动滞止区和管后的尾涡区;双H翅片管的积灰特性稍优于单H型翅片管;渐进污垢热阻随着入口速度和颗粒粒径的增大而迅速减小.     

面向人因工程学的公共建筑空气环境安全运维与控制

公共建筑空间人员密集、人流量大,空气污染种类多并呈现非均匀动态的分布特性,给新冠肺炎疫情常态化空气安全保障带来了巨大挑战.采用过量送风不仅可能造成较大能源浪费,同时也可能导致交叉污染.从人因工程学的核心理念和基本方法出发,围绕室内空气污染水平(特别是人员散发的飞沫污染物)这一重要人因环境变量,发展了一套建筑空气环境安全运维控制系统.该系统基于室内空气污染和人员流动的动态监测,由快速预测模型以及计算机视觉处理得到室内污染与人员的非均匀动态分布,进一步通过环境控制决策系统输出最优通风参数设定,实现通风智能化调控;同时,在通风环境营造基础上构建空气净化消杀系统,对空气环境安全运维形成有力的辅助保障.最后,通过实际案例(某国际会议中心前厅)详细展示了该系统的工作流程和设计效果.设计结果显示,实施智能化通风可将人员感染风险降低至4%以内,其通风节能率可达44.9%;负氧离子的空间可达性较好且空间消杀率计算值超过99%,可进一步降低感染风险.