某过江隧道变截面段火灾烟气流动及逃生分析

针对某城市过江隧道中出现的多匝道变截面段,首先利用FDS大涡模拟方法,对上行及下行线在不同工况下的烟气羽流进行模拟;然后结合经验公式计算的主隧道段临界风速,分析了3m/s纵向通风风速下烟气羽流随时间变化情况,以及不同的坡度、纵向通风风速下,隧道变截面段的火灾烟气回流长度变化;最后,结合理论计算的逃生时间,对隧道变截面段火灾控制风速进行了分析。得到了在纵向应急通风时,控制变截面段烟气回流及保证逃生安全所需的主隧道临界风速比用修正的Heselden﹠Kennedy公式计算所得值大,需要对变截面段火灾通风系统进行特定模拟分析,以满足其烟气控制要求,研究结果对各种隧道变截面段的火灾烟气和逃生分析有一定的参考价值。     

环境温度和火灾强度对自然通风隧道火灾温度场的影响

为了掌握环境温度和火灾强度对自然通风城市隧道温度场的影响,运用火灾模拟软件FDS,对在不同环境温度和火灾强度下自然通风隧道火灾进行模拟,得到各种火灾工况下的模拟结果,并对各种工况下的温度场进行对比分析。     

大空间内着火位置对火灾增长的影响

以大空间展厅为例,利用火源辐射模型和烟气辐射模型并结合CFAST6．0区域模拟软件的计算结果,对比分析了大空间内不同着火位置下火灾增长的情况。研究结果表明仅考虑火源热辐射的情况下,展厅内着火位置越处于左右中间对称处,其火灾增长越快,热释放速率峰值也越大,达到热释放速率峰值的时间和火灾的持续时间越短,处于展厅中心位置时所有值达峰值。对火源热辐射和烟气辐射综合考虑时,到达热释放速率峰值时间与火灾持续时间的规律同仅考虑火源辐射模型时一致,但热释放速率峰值均有不同程度的提高。     

连续隧道洞口间烟气扩散特性研究

当上下游隧道的洞口间距较短时,上游隧道的火灾烟气可能扩散至下游隧道,对下游隧道造成影响。采用CFD数值模拟方法建立连续隧道模型,对不同纵向风速、不同火源位置、不同热释放率、不同洞口间距以及不同横向风速下的烟气窜流情况进行模拟分析。结果表明：（1）上游隧道纵向风速的增大将导致烟气往下游隧道方向水平扩散的距离增大,因此,烟气的窜流量增大;（2）火源距离上游隧道出口越远,热释放率越小,上游隧道出口处烟气温度就越低,烟气的水平惯性力上升,更容易窜流至下游隧道;（3）烟气窜流随着洞口间距的增大而不断减弱,当洞口间距足够大时,不会出现烟气窜流的现象;（4）当存在横向风时,洞口间烟气的流动轨迹会发生偏移,并且烟气窜流会随横向风速的增大而减弱。     

不同环境温度和火灾强度对自然通风竖井型隧道火灾烟气浓度场的影响分析

运用FDS(Fire Dynamic Simulation)火灾模拟软件对三种不同环境温度和火灾强度(共九种工况)条件下的某竖井型自然通风隧道火灾进行了数值模拟,并对模拟的结果进行了对比和分析,得到了隧道环境温度和火灾强度对隧道火灾时烟气浓度分布的影响规律。     

不同加载方式下隧道爆破振动特征分析

数值模拟是研究爆破过程的一种重要方法,而模拟爆破结果的可靠性依赖于爆破荷载的加载方式。对几种不同爆破加载方式的要求和特点进行了分析。结合许家坪隧道爆破工程实际,运用ANSYS/LSDYNA动力有限元软件,对三种不同加载方式下的隧道开挖爆破进行了数值模拟,并用现场实测结果进行了对比分析。结果表明:共用节点算法与实测结果最为接近,但计算时间较长,对工程实际中的多炮孔爆破模拟难以实现;炮孔壁上施加三角形荷载与炮孔联心线所在的平面上施加三角形荷载的模拟结果较为接近,两者与实测结果均相差较大,但计算时间及所需内存都较少。对其结果修正后,能达到与实测结果相近的程度。因此,共用节点算法加载方式仅适用于模拟少量炮孔的爆破数值模拟,施加等效荷载方式在模拟实际爆破工程时,适当加以修正,能达到与实际相近的模拟结果。     

微尺度效应对聚合物熔体壁面滑移影响的研究

在分析聚合物熔体的壁面滑移机理和微通道中尺度效应对壁面滑移的影响基础上,通过对Hatzikiriakos所建壁面滑移模型滑移系数的修正,建立了微通道的壁面滑移模型.采用修正前和修正后壁面滑移模型,通过数值模拟,计算出了直径为0.5mm的微通道中在不同剪切速率下的滑移速度和压力降.对比计算结果,修正后的滑移模型计算出的滑移速度减小了,而压力降增加了.通过与试验测得的压力降对比,根据修正后的壁面滑移模型计算出的压力降更接近试验值.     

不同壁面边界条件下隧道火灾模拟研究

根据火灾模拟程序FDS,分别建立了不同壁面边界条件的物理模型,模拟出各种模型下的隧道火灾结果,并将这些结果进行对比,其中重点分析了火灾场景中烟流温度、烟流状态等参数的不同。通过对研究结果进行分析,给出了不同的壁面条件下的简化模型比较适宜模拟的火灾场景,探讨的不同壁面条件对隧道火灾、隧道通风的影响结果能为以后的隧道火灾模拟工作提供依据,而且也可为长大隧道火灾安全工程设计提供参考。     

近间距双洞单向隧道洞口火灾烟气流动分析

对洞口间距小,双洞单向公路隧道火灾排烟工况进行研究,通过对不同工况火灾隧道排烟风速及运营隧道通风速度下的火灾烟气流动利用计算流体动力学进行模拟分析,得出了双洞单向隧道排烟风速与通风风速之间的影响关系,并利用该关系对排烟及通风设计进行了优化,有效地减少了非着火隧道的吸入烟气量,确保了运营隧道的空气品质。结果对该类型公路隧道工程排烟通风设计具有一定参考价值。     

基于计算流体动力学的内燃机进气空滤器消声量的计算

分析管道末端声反射特性,用等效延长管模拟进气口声学边界,基于计算流体动力学计算了无流条件下某内燃机空滤器的消声量。将计算值与实验测量值对比,验证模型和计算流体动力学方法的有效性。进一步计算了有平均流条件下空滤器的消声量,发现进气口马赫数为0.08时空滤器的消声量和无流条件下差别不大。最后用多孔区域模拟了滤芯,用CFD法计算了无流和有流时带滤芯空滤器的消声量,研究了CFD法中滤芯模拟的特点。     

隧道火灾中正庚烷池火燃烧特性的实验研究

隧道火灾中热释放速率是评估临界风速、最高温度及温度分布的一个重要参数,而火源高度和隧道宽度是两个影响热释放速率的重要因素。为揭示上述两个因素对隧道火灾发展的影响,在缩放比例为1:10的隧道模型中进行了一系列小尺寸火灾模拟实验并对正庚烷池火的燃烧过程进行了研究。结果表明:隧道火灾的热释放速率明显大于开放环境,其燃烧过程可分为初始燃烧阶段、过渡阶段和稳定燃烧阶段;增加火源高度地面火灾（火源高度与隧道高度之比H*=0.1）质量燃烧速率小于其他各工况,H*=0.7时质量燃烧速率能增大到地面火灾的3.53倍~5倍;无量纲火焰蔓延总长度正比于无量纲热释放速率的五分之二次方,由于隧道侧壁的限制作用,其比例系数小于Hasemi's模型。     

钢筋混凝土双向板火灾行为的数值分析

根据傅里叶热传导理论,提出蒸发阶段水分修正函数,建立改进温度场模型;结合非线性板壳理论和热弹塑性本构关系,建立了火灾下钢筋混凝土双向板的数值模型,发展现有计算程序,通过计算结果与试验结果对比,验证了模型及程序的可靠性。在此基础上,分析了火灾工况、约束作用、骨料类型、板厚和保护层厚度等参数对混凝土双向板变形行为和耐火极限的影响规律。结果表明:火灾工况、骨料类型、板厚和保护层厚度对双向板火灾行为影响较大;双向板变形行为和破坏模式对约束作用非常敏感,力学机理较为复杂。     

稳定线性热分层环境下火灾烟气羽流=积分解及实验分析

对稳定线性热分层环境下湍浮力羽流无量纲积分方程首次采用数值解法进行求解，得出浮力通量、动量通量等参量在轴线上的变化规律以及羽流中性浮力点的高度和羽流最大上升高度。2种不同尺度空间及不同烟气羽流出口条件的实验表明，实际火灾烟气羽流最大上升高度与理论计算结果及文献经验公式相符，从而表明积分模型数值解的有效性，并为高大空间火灾烟气输运规律研究及探测技术发展提供了理论及实验依据。     

地铁山岭隧道事故排烟方案效果的对比分析

借助火灾模拟软件Pyrosim,建立了全尺寸的隧道和列车模型,研究了车厢内尾部发生火灾工况下纵向排烟和半横向排烟方案的排烟效果:至火灾发生900s时,纵向排烟方案下人员疏散至隧道内车头位置后便处于安全区域,半横向排烟方案下人员疏散至火源左侧第一个排烟口或车头范围以外便处于安全区域;纵向排烟方案人员完全疏散出车厢可用安全疏散时间比半横向排烟方案多约370s,人员疏散至安全区域可用安全疏散时间比半横向排烟方案多约640s。     

纵向风下隧道顶部和侧向排烟特性对比研究

建立全尺寸隧道火灾三维数值计算模型,通过设置不同的火源位置、风口尺寸、排烟量、火源功率,在纵向风速为临界风速时,对隧道内顶部和侧向机械排烟系统烟气分布特性进行对比分析。研究发现,两种排烟方式的顶壁烟气特性在火源段内无明显区别,而在非火源段内,侧向机械排烟的温度和CO浓度要明显高于顶部机械排烟;对于非火源段内的竖向分布和人员高度处的横向分布,顶壁排烟系统的整体温度和CO浓度都比侧壁排烟低,排烟效果好。     

基于接头抗弯刚度非线性的壳-弹簧-接触-地层模型的建立

管片接头抗弯刚度与接头处所受弯矩和轴力相关,具有明显的非线性特性,导致隧道整体力学机理变得复杂。通过计算发现,接头抗弯刚度对结构内力有较大影响。因此,建立壳-弹簧-接触-地层模型,其中接头抗弯刚度根据接头处的受力情况调整,反复迭代计算得到衬砌的真实受力状态,简称迭代模型。通过大比例尺室内试验对模型计算结果进行了验证,然后采用该模型对狮子洋隧道复合地层中衬砌受力进行了计算分析,并与接头抗弯刚度恒定模型（简称恒定模型）进行了对比研究。结果表明:相对于恒定模型,迭代模型的刚度取值与模型实验更为接近,因此得到的结果也更为可靠;对于复合地层而言,恒定模型与迭代模型所得结果差别较大,且该差异随着软弱层厚度与隧道直径比值的增大呈增加趋势;当盾构隧道结构所处岩层较均匀时,全环各个位置处接头刚度值差别不大,此时若输入适当的接头刚度值,恒定模型也可以得到较为准确的计算结果。     

地铁车辆交会对单洞双线隧道影响的数值模拟

为利用显示非线性有限元法分析地铁交会工况对南京某大型单洞双线隧道的影响,基于拟实建模方法,在LS-DYNA环境下建立了地铁车辆-单洞双线隧道-土体耦合系统的全三维有限元计算模型。模型非常接近真实情况,使用了接触方法来模拟轮轨之间,衬砌与土体之间的动力相互作用,使用了人工边界来模拟无限区域,还考虑了水压和土体预应力。对双车交会工况进行计算分析,得到单洞双线隧道在交会工况作用下的动力响应规律。结果表明:地铁交会产生的应力响应和位移响应都属于很小量级,隧道在交会工况下是稳定的。结果能为此类隧道的设计提供参考。     

重载列车动力学数值模拟

为研究列车纵向冲击对车辆运行安全性的影响,首先对缓冲器动力学模型进行了修正,并利用单自由度车辆冲击对缓冲器特性予以验证;然后采用联合模型法和混合模型法,计算了车辆通过曲线时紧急制动工况下车辆的轮轨横向力和脱轨系数,并与独立模型进行对比。计算结果表明:修正后的缓冲器动力学模型能较好地模拟缓冲器的特性曲线;车辆通过曲线时制动力产生的纵向冲动,导致车辆的曲线通过性能和列车运行安全性降低,在车辆系统动力学分析中应考虑车钩力的影响;联合模型中由于车钩采取固定偏转角,导致其计算结果偏小;混合模型中的车钩偏转角随列车运行是动态变化的,因此混合模型更接近实际运行工况。     

UTLT类隧道半横向排烟方式下排烟阀参数及排烟量对排烟效果影响

为了解和掌握半横向通风排烟模式下城市地下交通联系隧道的火灾工况变化规律,基于FDS数值模拟软件,以某城市地下交通联系隧道实际工程作为研究对象,建立全尺寸的隧道物理模型。通过分析对比不同排烟阀面积、不同排烟阀开启个数、不同排烟阀间距及不同排烟速率大小的四种排烟方案下隧道内烟气温度场及烟气蔓延范围分布规律变化,探究了不同工况下各参数对火灾烟流特性的影响。结果表明,在半横向通风排烟模式下选取排烟阀面积大小为3m~2、排烟阀间距为24m、排烟阀开启个数为6个以及设置排烟速率为60m~3/s时,隧道火灾烟流控制效果较好。     

微通道蒸发器仿真计算模型与试验分析

分析了微通道蒸发器内制冷剂流动沸腾换热的经验关联式,建立了稳态分布参数和控制单元法的微通道蒸发器数学仿真模型。同时建立不同扁管宽度的微通道蒸发器样机并验证其在不同工况下的传热和压降性能。试验结果表明:微通道蒸发器工作时两相流制冷剂分配不均和冷凝水排除速度慢是造成微通道蒸发器在校核计算时计算值与试验值相差较大的主因。传热试验和修正的仿真模型为今后微通道蒸发器开发计算以及性能优化方面提供了参考。