隧道火灾中正庚烷池火的火焰振荡特性研究EI北大核心CSCD

在小尺寸隧道实验台开展一系列实验,对正庚烷池火火焰振荡特性进行研究。通过Matlab图像处理工具箱提取火焰振荡频率,分析不同隧道宽度下无量纲火焰振荡频率St和弗劳德数Fr之间的关系。结果表明在隧道火灾中,正庚烷池火的燃烧过程可以分为初始燃烧阶段、过渡阶段和稳定燃烧阶段。在初始阶段和稳定阶段中火焰振荡频率不变,过渡阶段可进一步分为间歇性顶棚射流火焰和连续性顶棚射流火焰阶段,其无量纲火焰振荡频率St均和Fr^(-0.5)成正比。隧道宽度对正庚烷池火振荡特性也有影响,在间歇性顶棚射流火焰阶段,隧道宽度减小能够增大质量燃烧速率,从而增大比例系数;在连续性顶棚射流火焰阶段,由于反浮力壁面射流的卷吸作用,隧道宽度减小反而导致比例系数减小。     

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。     

双通道气流式喷嘴火焰声学特性试验研究

研究双通道气流式喷嘴射流火焰不同燃烧状态下的声学特性。发现,火焰随氧化剂流量的增大而呈现四个阶段:层流、湍流、狂暴和吹熄。层流火焰产生低能量低频噪声;湍流火焰噪声由两波段噪声组成;狂暴火焰噪声能量远大于湍流火焰及层流火焰。火焰噪声是喷雾噪声与燃烧噪声的耦合。火焰声学信号分析可作为监测火焰燃烧稳定性的一种手段。     

点火位置对管道内油气泄压爆炸超压特性影响

进行了初始油气浓度为1.7%全透明方管内不同点火位置(底部、中部和口部)对油气泄压爆炸超压特性的影响,实验结果表明:(1)底部点火时超压曲线不发生明显振荡,中部和口部点火时,超压曲线振荡明显;(2)爆炸超压波形变化和火焰传播形态有密切的内在联系,底部点火时,超压变化过程主要受火焰加速、火焰面积尺寸和外部爆炸的影响;中部点火时超压变化除受到火焰加速、火焰面积尺寸和外部爆炸的影响之外,还受到火焰和声波相互作用的影响;口部点火时,超压变化还受到声波振荡的影响;(3)对于中部和口部点火,压力振荡上升期的振幅呈指数增长,衰减期的振幅呈负指数下降;在超压上升阶段,振荡周期以接近二次抛物线的趋势下降,对于超压衰减阶段,超压振荡周期呈震荡上升;(4)对于管道内部测点,不考虑声波和火焰的相互作用时,最大超压峰值随着点火源与管道封闭端的距离的增大而减小;考虑声波和火焰的相互作用时,最大超压峰值随着点火距离的增大而增大。对于管道外部测点,不考虑声波和火焰的相互作用时,第一个超压峰值随着点火距离的增大而减小,如果考虑火焰声波的相互作用,最大超压峰值随着距离增大先减小再增大。     

窄条控制件对旋转振荡板尾流的控制

两个小窄条对称地放于两侧,对宽厚比B/H=3的旋转振荡平板的尾流旋涡脱落进行抑制.板在平行于来流位置附近绕对称轴作旋转振荡,振幅为10°.窄条长边与板的旋转轴平行,窄条表面与来流方向垂直,窄条宽度与板的厚度之比b/H=1/3.控制参数为窄条位置.尾流流动显示图片和尾流脉动速度谱结果表明,当窄条位于有效区域内时,板两侧的涡脱落得到有效抑制.有效区尺度随着无量纲频率的增大而增大,随着雷诺数的增大而减小.     

油气爆炸在细长密闭管道内的振荡传播特性

针对细长密闭管道内汽油蒸气-空气混合气爆炸的振荡传播特性进行实验。研究表明:细长密闭管道内的油气爆炸分为振荡和非振荡两种爆炸模式;振荡爆炸超压呈现出锯齿状振荡特征,其超压增长期由4个阶段组成:第1阶段无明显的压力上升;第2阶段的高压力上升速率与快速的火焰有关;第3阶段的超压振幅以抛物线形式增长,此阶段是否有压力振荡与油气浓度、管道长径比有关,第3阶段的振荡周期随时间减小,振荡周期与火焰锋面前方的未燃区长度有关;第4阶段的超压振幅以指数形式增长,振荡周期趋于稳定并随管道长度的增加呈线性关系增加,振荡周期受到油气浓度的影响;振荡爆炸只在一定油气浓度范围内发生,且振荡爆炸的发生与油气浓度、管道长径比有关;振荡爆炸极限范围及其在油气的爆炸极限内所占比例均随管道长径比的增加而增大。     

基于解析法的非均匀张力作用下运动薄膜的稳定性

目的针对高速印刷运动薄膜在传输制备过程中由于相邻导纸辊等支撑副的平行度误差,料膜沿宽度方向张力分布易出现不均匀性问题,研究提高印刷设备的工作稳定性的方法。方法根据D’Alembert原理建立运动薄膜的横向振动微分方程,引入无量纲量,将微分方程转化为无量纲形式,利用解析法求解运动薄膜的复频率方程。结果得到不同参数下无量纲复频率与无量纲速度的变化曲线,当增大张力系数、张力比,或者减小长宽比时,薄膜系统达到发散失稳的临界无量纲速度增大,运动薄膜系统越稳定。结论获得了在不同张力比、张力系数、长宽比等参数下薄膜系统达到发散失稳的临界无量纲速度。     

顺向正弦来流条件下圆柱气动力和绕流流场数值模拟研究

为深入了解顺向阵风来流对圆柱气动力和流场特性的影响,开展了雷诺数(Re)为1 000的圆柱绕流三维大涡模拟,研究了不同频率顺向正弦来流对圆柱气动力和流场结构的影响规律,详细分析了升阻力系数、斯特劳哈尔数(St)、回流长度、分离角和尾流结构等参数的变化规律。顺向正弦来流速度为U=U₀+Asin(2πft),其中来流频率f的变化范围为0～0.3 Hz,U₀为平均速度,A为竖向正弦来流的振幅,设为0.15U₀。研究结果表明：圆柱阻力系数卓越频率(即主导频率)与正弦来流频率基本一致,升力系数存在3个明显的频率峰值,分别对应涡脱频率与来流频率之差、涡脱频率、涡脱频率与来流频率之和。随着正弦来流频率f增大,St先减小后增大,在f=0.25 Hz时达到最小值,而回流长度先增大后减小,且在f=0.15 Hz时达到最大值。当f≤St时,分离角不变,而顺流向最小速度逐渐增大;当f>St时,分离角逐渐增大.     

脉冲磁场作用于钢液熔体的电磁场数值模拟

为了解脉冲磁场的电磁力特性,利用ANSYS软件,脉冲电源波形采用梯形波,对脉冲磁场作用下钢液的电磁场进行了模拟,得到了电磁力周期变化规律,脉冲频率和脉冲波型对脉冲电磁力的影响规律.结果表明:脉冲磁场作用下,电磁力瞬时发生变向,往复振荡熔体;在研究的脉冲放电频率范围内,脉冲放电频率的改变对电磁场、力场的分布影响不大;对于采用的梯形脉冲波形,电磁力随着脉冲上升沿和下降沿宽度的减小而显著增大,而当脉冲宽度增大时,脉冲电磁力呈现减小的趋势.     

褐煤煤尘爆炸火焰传播特性及燃烧热分解机理研究

煤尘爆炸是矿井安全开采的主要危险源之一。以褐煤煤尘为研究对象,探究煤尘粒径对煤尘火焰传播过程的影响。用高速摄影装置记录火焰的传播过程,进而分析不同粒径下煤尘爆炸火焰传播的高度和速度。为进一步分析煤尘燃烧过程中的化学反应机理,借助反应分子动力学方法对煤分子燃烧中的初始热分解过程进行了模拟。研究结果表明:爆炸火焰传播高度呈先增加、后稳定的趋势,传播速度呈先增大、后减小的趋势;随着煤尘粒径的减小,火焰传播高度和传播速度均呈增大的趋势;当煤尘粒径为10.5 μm时,火焰传播高度和传播速度的峰值分别为623 mm和4.3 m/s;煤尘热分解主要产物为H₂、H₂O、CO₂和CH₂O,这些产物进一步与氧气的结合会促进煤尘燃烧和火焰传播过程,使得整个体系燃速加快。为煤尘热分解和燃烧提供了较为充分的数据基础。     

含弱约束受限空间油气爆炸外部特性研究

构建了含弱约束面的受限空间油气爆炸模拟实验系统,对含有弱约束的受限空间油气爆炸外部特性进行了实验研究。实验获得了容器外部不同位置处爆炸超压随时间的变化规律,同时利用高速摄影系统记录了爆炸火焰发展变化过程。研究结果表明:(1)竖直方向和水平方向爆炸压力随时间变化规律均为"破膜与泄流正超压→最大负超压→外部爆燃正超压→二次负超压",竖直方向上最大爆炸压力要略大于水平方向上的最大爆炸压力。(2)随着油气浓度的增加,爆炸超压先增大后减小,在初始油气浓度为1.79%时爆炸超压达到最大值。(3)随着比例距离的增大,外部爆炸超压呈负指数规律递减。(4)火焰形态变化过程可分为"喷射引燃阶段→卷曲变形阶段→蘑菇云状火焰阶段→衰弱熄灭阶段",火焰最大高度为0.85 m,最大直径为0.6 m。     

穿越断层分段柔性接头隧道纵向地震响应解析解

隧道穿越活动断层段是地震中破坏最为严重的区域之一,是隧道抗减震设计的关键控制区域。对于穿越断层隧道,设置柔性接头是一种有效的抗减震措施。针对穿越断层隧道柔性接头无可用抗震设计方法的现状,基于隧道的灾变特性和柔性接头的设计理念,提出柔性接头力学模型,建立了面向工程设计的穿越断层分段柔性接头隧道纵向抗震简化分析方法。然后通过与有限元数值解和现有研究的对比分析,验证了该方法的有效性和可行性。最后应用该解析式进行了敏感性参数分析,揭示了结构刚度、断层宽度等关键因素对穿越断层分段柔性接头隧道地震响应的影响规律。研究结果表明：(1)柔性接头能增大衬砌的可允许变形能力,有效减小隧道衬砌的内力,使断层对隧道动力响应影响局部化。无论是否设置接头,穿越断层隧道受力的不利位置主要分布在断层中部和断层与上下盘接触面位置,是抗震设防需重点关注的区域;(2)增大衬砌的弯曲刚度会减小衬砌上的位移响应,也增大其在两接头位置的位移差,同时会显著增大衬砌上的内力响应值;(3)断层破碎带宽度的增大,隧道的位移增大,衬砌的弯矩响应最大值也增大,而剪力响应最大值表现为先增大后减小的趋势,其对隧道沿轴向地震响应的影响范围也增大。     

用于变形机翼夹心式柔性伸缩蒙皮的梯形蜂窝支撑结构

变形机翼技术的实现离不开柔性蒙皮技术的支持,提出了一种应用于变形机翼夹心式柔性伸缩蒙皮的面内褶皱型梯形蜂窝蒙皮支撑结构。通过理论分析研究了该支撑结构的面内伸缩特性,得到其面内横向无量纲化等效弹性模量大小与3个参数(形状系数k、宽度系数t和高度系数h)之间的关系:其等效弹性模量随k增大而减小,随t增大而增大,随h增大而减小。利用ANSYS软件对其进行了有限元分析并通过实验对其面内力学特性进行了验证。结果表明:理论分析、有限元结果与实验结果基本吻合。通过选择合适的结构参数,其面内横向等效弹性模量可达到原材料弹性模量的10-4,比同等参数下手风琴式支撑结构的面内横向等效弹性模量更小,变形能力更强。相比传统蒙皮支撑结构,该结构可以减小变形过程中的驱动力与能量消耗,提高柔性蒙皮的变形效率。     

基于HHT方法的非稳定工况风力机结构动态响应时频特性分析

风速变化剧烈的湍流风场、开机启动、偏航以及紧急停机等典型非稳定运行工况均会增强风力机非线性气动弹性响应,时域和频域的结构动力学响应具有十分明显的非平稳特征。为此,基于湍流风谱和相干结构,建立了速度和方向均剧烈波动的湍流风,在气动-伺服-弹性仿真软件FAST中计算了风力机非稳定工况下的动力学特性,并与GH Bladed计算结果对比,验证了结果的有效性。使用HHT方法分析了塔架和叶片位移的时频特性,结果表明:开机启动阶段塔架和叶片位移均小幅振荡约40 s后急剧增加,紧急停机均剧烈振荡约20 s后恢复平稳,偏航导致塔尖侧向位移明显上升。塔架位移响应频率主要集中于一阶振动频率,偏航时幅值增大明显。风轮旋转频率为叶尖摆振的主要谐振动频率,叶片一阶摆振频率受到相干结构影响,紧急停机时由于负气动阻尼影响而使得幅值增大,叶片设计时应适当增大阻尼以减小气动阻尼迅速降低带来的振幅急速增加现象。     

维持电压脉宽和频率对AC-PDP放电特性的影响

为优化交流等离子体显示器的维持电压波形 ,采用静态测量法研究了维持电压脉宽和频率对着火电压、熄火电压、记忆余裕度、记忆系数等放电特性的影响。实验结果表明 ,当脉宽大于 2 μs时 ,随着脉宽和频率的增加 ,着火电压和熄火电压减小 ,记忆余裕度增大 ;当脉宽小于 2 μs时 ,熄火电压出现振荡现象 ;当脉宽小于 3μs时 ,记忆余裕度和记忆系数出现振荡现象 ,实际中不能用。当维持电压脉宽大于 4 μs时 ,记忆余裕和记忆系数受脉宽和频率的影响较小 ,比较稳定 ,而且着火电压也较低 ,适合于实际应用     

纵向力作用下的盾构隧道管片结构纵向弯曲变形性能研究EI北大核心CSCD

为探明盾构隧道在纵向力作用下的纵向弯曲变形性能,以武汉两湖隧道工程(东湖段)为背景开展了管片结构纵向模型试验,对隧道的竖向位移与纵向应变进行了研究,探明了纵向力对盾构隧道纵向弯曲变形性能的影响。研究结果表明:纵向力能够提高隧道的纵向抗弯刚度,其对纵向抗弯刚度的提升作用随竖向荷载的增加呈先增大后减小的趋势。以竖向荷载分别为3200 kN、9600 kN、16000 kN为例,当隧道从无纵向力作用到竖纵荷载比K分别为0.56、1.67、2.78时,隧道的最大竖向位移分别减少了45.5%、56.8%、62.7%,而竖向荷载为22400 kN、K为3.89时仅减小了23.5%。管片结构纵向刚度有效率随竖向荷载的增加而减小,根据减小的程度可分为3个阶段:第一阶段为刚度弱化阶段;第二阶段为刚度稳定阶段;第三阶段恢复至刚度弱化阶段。纵向刚度有效率同时受竖向荷载与纵向力共同的影响,且当竖向荷载一定时,竖纵荷载比越小,隧道的纵向刚度有效率越大,当竖向荷载为22400 kN、竖纵荷载比K从35减小至3.89时,隧道的纵向刚度有效率减小了16.2%。以跨中横截面为例,隧道横截面的中性轴在竖向荷载的作用下会随着隧道的变形而上移,增加纵向力能使中性轴下移并趋近于拱腰位置。该文试验所得纵向刚度有效率在无纵向力时与现有模型试验结果相近,在考虑纵向力后大于现有研究结果,纵向刚度有效率应考虑残余纵向力的影响,建议取值为0.218~0.696。     

格栅对海底阀箱剪切层处水动力特性的影响分析

对比船舶海底阀箱剪切层处有无格栅情况时剪切层处的水动力特性,以不可压缩Navier-Stokes方程为控制方程,利用计算流体力学软件CFX中的 LES（Larger eddy simulation）湍流模型,采用Simple算法进行不同箱型结构流激振荡问题的数值计算与分析。数值计算结果表明：阀箱口格栅的存在使得剪切层处流体的流态更加复杂,且具有大量的小涡从箱口导边脱出,在向随边运动中破碎;格栅的存在使得剪切层处稳态压力系数增大,脉动压力系数减小,使剪切层的振荡频率呈现单峰现象,且振频值增大。     

地铁隧道长周期演化土体蓄放热潜力影响因素分析

本文搭建了隧道围岩土壤蓄放热特性缩尺模型实验台,在实验台验证模拟准确性的基础上,用CHAMPS-BES软件建立与实验台等比例(1∶1)的物理模型并进行模拟,研究隧道空气温度、围岩盾构、土壤温度对土壤蓄放热的影响规律。结果表明:隧道空气温度越高,土体年净蓄热量越大,同时土体的蓄热能力随土体温度升高而逐渐减弱,土体的蓄热能力在15年内的衰减由前期的每年净蓄热量衰减24%逐渐降至4%;不同区间盾构边界条件下模拟的年净蓄热量差异在5%以内,因此可以忽略区间盾构厚度和盾构导热系数对土体蓄放热的影响;土体初始温度越低,蓄热能力越大。初始温度为9℃的土体蓄热量约为初始温度为22℃的土体蓄热量的5倍。     

掺砂率及初始干密度对改良膨胀土无荷膨胀率影响研究

本文通过室内无荷膨胀率试验,对宜昌市某一级公路改建工程项目路段的膨胀土进行了研究。重点分析了无荷膨胀率与时间、掺砂比例、初始干密度之间的关系,试验研究表明:无荷膨胀变形主要分为快速膨胀、减速膨胀和最终稳定3个阶段;在初始干密度一定时,风化砂改性土的无荷膨胀率会随着掺砂比例的增大先迅速降低然后缓慢降低,风化砂改性土的无荷膨胀率对较大的掺砂量不敏感;在相同的掺砂比例下,风化砂改性土的无荷膨胀率随着初始干密度的增大会迅速增大,它们之间有很好的线性相关性,膨胀土在进行路基填筑时,控制初始干密度有助于减小其膨胀变形,保证路基填土的稳定性。     

地铁振动荷载作用下隧道周围加固软黏土动弹性模量试验

对地铁隧道周围软黏土进行加固,已应用于地铁隧道沉降的治理,但是对软黏土加固后的动力特性研究还不够深入。通过对上海地铁隧道周围加固软黏土进行GDS试验,系统探讨循环荷载振动频率、循环动应力幅值、初始偏应力及围压对动弹性模量的影响。试验结果表明:随着循环振动次数的增加,动弹性模量的衰减过程可分为急剧衰减阶段和缓慢衰减阶段,且缓慢衰减阶段的时间要明显长于急剧衰减阶段;循环荷载振动频率对动弹性模量有显著影响;随着循环应力幅值、初始偏应力、围压的增大,动弹性模量都有了很大的提高,但其变化对动弹性模量的衰减速率并无显著影响。采用对数函数对试验数据进行回归分析,建立了加固软黏土在循环荷载作用下动弹性模量衰减模型,较好的反映了动弹性模量的衰减规律。