单侧缝竖形槽道内的火旋风中心区域特性

火旋风的本质是一种有燃烧反应的有旋流动,为了进一步了解其发生机理,采用大尺寸的(2.0 m×2.0 m×15.0 m)火旋风发生装置进行了实验.该装置为单侧缝、底部有小开口的竖形槽道,并采用大涡模拟技术对底部有3个小开口的情况进行了数值模拟,还分别对底部无小开口、底部有三侧全打开、有1个和2个小开口的情况进行了数值模拟研究.得到了除在底部三侧全打开时没有火旋风形成,其他情况皆能形成火旋风的结果.在能形成火旋风的情形下,得到了火旋风的中心温度和轴向速度随高度的分布规律,同时发现火旋风的旋转中心偏离几何中心以及火旋风的火焰顶端不连续的特征.     

非通风控制燃烧的火灾中窗羽流的温度分布特性

为研究非通风控制燃烧的火灾中窗羽流的温度分布特性,通过数值模拟和实验研究的手段对起火房间为非通风控制燃烧时窗羽流的温度分布特性进行了研究,探讨了火源功率和建筑外窗宽度对窗羽流温度分布特性的影响,得到了羽流中心断面量纲一的最高温度随高度的变化规律.研究结果表明:随着外窗宽度的增加,窗羽流呈现出贴附羽流的特性,羽流高温区接近外立面,火灾向上层蔓延的危险性加大.外窗宽度较窄时,不同高度断面上中心羽流温度的水平分布接近于高斯分布,最高温度远离外立面.由于卷吸特性的不同,窗羽流中心断面最高温度随高度的变化趋势介于线羽流和轴对称羽流之间.     

横流作用下天然气火焰结构分区及热参数研究

集中排烟隧道具有纵向通风和集中排烟等优点。随着交通运输业的不断发展,集中排烟隧道已广泛应用于长大隧道设计中,隧道内火源局部热参数的变化规律研究一直是人们关注的焦点。文章基于集中排烟隧道系统设计,围绕火源局部热参数,针对天然气火灾,通过数值模拟研究,探索15种工况横流作用下火羽流轴线偏移轨迹、火焰结构分区及顶板下方烟气最大温升。结果表明:模拟火焰与自由火焰结构的分区规律类似,但分区转折点随火灾强度增大而减小;等效风速对火羽流轴线温升有显著影响;引入风速修正,回归整理可得到3个分区轴线温升的无量纲准则关联式;顶板下方烟气最大温升随等效风速增大而减小,且模拟结果与实验结果的变化规律具有相似性。     

气流成网机纤维流通道的设计及应用:基于Fluent的数值模拟

为了获得纤维流通道内气流的流动和压力分布规律,使用Gambit软件对纤维流通道进行了三维建模以及网格划分;并基于Gluent有限元仿真软件对纤维流通道内部流场进行数值模拟,得到了纤维流通道内气流的速度分布图和压力分布图;通过分析得到速度分布图和压力分布图,可以说明基于Fluent对纤维流通道内气体流动的模拟仿真分析是可行的.     

阳台喷射羽流热动力特性的数值研究

阳台喷射羽流是中庭建筑火灾中烟气羽流的主要形式,正确理解阳台烟气羽流的热动力特性是防排烟系统设计的关键.通过数值模拟方法对不同结构形式的阳台喷射羽流的热动力特性进行了研究,并与早期的研究结果进行了对比.结果表明,在描述羽流的卷吸行为时,卷吸系数的值取0.11更接近实际.当喷射羽流接近于二维流动时,Poreh模型和Thomas-1998模型的计算结果更为合理.     

顶部侧开缝的倾斜通道热流场及开口中性面研究

为了掌握通道在上壁面不同宽度的开缝条件下,不同倾斜角度的通道内热流场特性及两端开口处中性面高度的变化规律,对一200 cm长的通道内一靠近低端开口一侧火源产生的热流场进行了实验与基于Vreman亚格子模型的大涡模拟研究.通过实验值与数值模拟结果的对比,验证了构建的数学模型对于上壁面有侧开缝的倾斜通道内热流场模拟的有效性;确定了通道上壁面的开缝对于通道内热流场的温度分层特性、通道两端开口处U速度以及中性面高度随着通道倾角变化的规律影响不大;对于一定的通道倾斜角度,随着通道上壁面侧开缝宽度增大,火源两端温度分布的对称性增强,通道上壁面附近的温度降低,通道内的高温区域向下壁面的偏移幅度减弱,通道两端开口处靠近上壁面附近的空气流速逐渐降低,两端开口处中性面高度升高;上壁面有开缝的通道两端开口处中性面的高度曲线随着通道倾斜角度的增大有一个交叉,交叉发生在通道倾斜角度小于5°时.     

细水雾抑制油池火的实验研究和数值模拟

基于湍流大涡模型,建立了细水雾与油池火相互作用的数值模型.研究表明,数值模拟结果可以反映出细水雾加入前温度缓慢上升以及加入细水雾使温度下降的趋势,平均误差在8%以内,说明数值模拟和实验有较好的吻合;雾滴直径和操作压力是细水雾灭火效能的主要影响因素,提高操作压力会加强细水雾对火羽流的热烟气降温效果,使用200μm粒径的细水雾效果最好,能保证足够的穿透力和滞留时间;火焰冷却、衰减辐射及降低火焰区氧气浓度等在灭火初期起到很强的作用.     

压水堆四通道模型全高度上的单相流数值模拟

为了研究压水堆芯在全高度上的单相热工水力为特性,基于曙光高性能大型并行计算集群,对压水堆中包含7个带搅混翼、刚凸及简化弹簧的完整定位格架的四通道模型在全轴向高度上进行了数值模拟.数值计算基于稳态RANS控制方程组,雷诺应力项的封闭采用RNG k-ε模型,方程各项的空间离散均采用相应的二阶格式,可同时保证计算效率和计算精度.数值结果展现了通道及格架内的流场和温度场,得到了截面平均温度、压力、二次流强度及Nu的轴向变化规律.分析表明,格架下游换热效率及温度非均匀度主要受二次流的影响,受湍流脉动的影响相对较小,且不同定位格架下游二次流强度变化趋势基本一致.     

竖通道内液体燃料燃烧形成的旋转火焰特性

为了掌握有侧开缝的竖通道内液体燃料燃烧所形成的旋转火焰特性,分别利用实验与基于液体火源的LES数值模拟技术对以正庚烷液体为燃料,在200 cm高的竖通道内所形成的旋转火焰热流场进行了研究．在确定了数值模拟有效性的基础上得知:在各个高度处,通道内边侧的切向速度绝对值保持在100 cm／s左右;在60 cm高度时,由火焰中心向通道壁面方向,切向速度先迅速增大再逐渐降低至100 cm／s,而在120 cm高度以上时,切向速度仅有逐渐上升过程;由火焰中心向通道两侧方向,旋转科氏力与浮力之比值的变化规律均是先逐渐增大,而后又逐渐降低,最大比值发生在火焰外侧位置;相比浮力,旋转科氏力对通道下半部分流场的影响较大,影响程度随着高度的增加而减弱;通道内旋转火焰热流场的最大轴向速度约为最大切向速度的2倍．     

矩形通道内气泡脱离点数值模拟和实验研究

关于过冷流动沸腾气泡脱离点(或称充分发展沸腾起始点,FDB)的研究大多局限在实验研究,缺少预测气泡脱离点的数值模拟模型和方法.建立了数值模拟过冷流动沸腾气泡脱离点的数学模型,利用Fluent实现了对气泡脱离点的数值模拟,并且对矩形通道内的气泡脱离点进行了实验研究.为了验证数值模拟结果的准确性,分别对比了圆管、矩形通道内数值模拟结果和经典模型计算结果,并将双面加热矩形通道内数值模拟结果与实验结果进行对比.分析表明:根据本文模型,可以实现对过冷流动沸腾气泡脱离点位置的数值模拟,而且具有较高的准确度.源于圆管实验的Saha-Zuber模型和Bowring模型适用于双面加热矩形通道.     

小尺寸竖井内羽流前锋上升时间试验研究

为得到竖井火灾中羽流前锋上升时间,搭建了小尺寸竖井火灾试验台,测量了两端开放竖井火灾和底部封闭竖井火灾中温度分布.当热电偶温升达到15℃时,确定为烟气羽流前锋到达该处,在此条件下,得到了两端开放竖井与底部封闭竖井中羽流前锋上升时间半经验公式,分别为t=8.96Q.-5/4z1/2和t=15.46Q.-3/4z4/3.在相同火源及竖井尺寸条件下,开放竖井中羽流前锋上升速度远高于底部封闭竖井中羽流前锋上升速度.试验结果可为安全工程设计提供参考.     

温度层化环境中线羽流的流动特性

为研究层化环境对内部火灾烟气扩散的影响,以线羽流为研究对象,在正常环境下线羽流流动特性研究的基础上,通过理论分析对恒温度梯度环境中线羽流的流动特性进行了分析研究,得到线羽流的扩散半径、轴心速度、轴心密度差随高度的变化规律,线羽流所能达到的最大高度,烟气浮力发生变化的临界高度等.     

不同火灾下单层钢框架梁柱结构性能分析

采用理论分析与有限元分析相结合的方法,对单层钢框架结构在火灾下的热、结构性能进行模拟,并与试验结果进行比较.在验证模型正确性的基础上,研究结构在"短热"和"长冷"火灾下的响应,分析火灾模型对结构性能的影响.结果发现:升降温速率越小(长冷模型),构件长时间处于高温区,组合梁截面温度梯度小,但平均温度高,易使结构产生较大的变形,出现悬链线效应,梁屈服时对应的温度高;初始降温时变形恢复快,但残余变形较大,对结构抗火不利.     

再生混凝土强度对筒体耐火性能的影响

为进一步推动再生混凝土的应用,对再生混凝土构件的耐火性能进行了试验研究.设计了2个再生混凝土强度等级分别为C20和C30的全再生钢筋混凝土筒体模型,再生粗骨料及细骨料取代率均为100%.在试验炉内对筒体施加竖向轴力,并按标准曲线升温,进行了筒体模型在轴力及高温共同作用下的试验研究.对比分析了2个模型的耐火极限、温度场、破坏特征、墙体挠度及竖向位移.利用ABAQUS软件,模拟分析了筒体内部温度场并与试验结果进行了对比,两者符合较好.研究表明,随再生混凝土强度的提高,筒体的耐火性能逐渐降低,耐火极限下降,易发生高温膨胀破坏.     

单跨组合梁火灾变形性能研究

为研究整体结构中组合梁在火灾中的的变形性能,采用试验方法对2个组合梁进行研究,考虑组合梁在整体结构中所处位置的不同2种工况.试验中量测了炉温、组合梁沿截面高度不同测点的温度、组合梁的竖向变形.结果表明：在火灾试验过程中,组合梁同一截面存在较大的温度梯度,产生温度应力,而相邻构件的约束使得组合梁不能自由变形,以致组合梁的...     

轻钢活动房结构抗火性能分析

为了得到轻钢活动房结构的抗火性能,采用理论推导和有限元分析相结合的方法对其进行研究．首先,从活动房单榀框架出发,基于临界温度相等的原则,将结构变形曲线简化为弹性段和垂直段,来代替原有的弹塑性模型;然后推导得到弹性段的变形公式,给出了分界点的确定方法,进而求得单榀结构火灾下的临界温度计算公式;最后,通过有限元比较了单榀框架和整体结构的抗火性能,并分析了框架榀数和着火位置对结构抗火性能的影响．分析结果表明:整体结构的抗火性能与单榀结构相近,框架榀数对整体抗火性能影响不大,最不利的火灾位置为中部房间．     

钢-混凝土组合梁桥耐火性能研究

应用有限元软件ABAQUS建立了HC升温条件下钢-混凝土组合梁桥数值分析模型,采用已有的组合梁抗火试验数据验证了模型的正确性。利用上述模型,分析了车道荷载的分布和受火位置对组合梁桥耐火性能的影响。结果表明：组合梁桥的火灾行为与受火位置密切相关。全桥受火时,跨中挠度随受火时间的增加,不断下降;半桥受火及1/4桥受火时,未受火区域对受火区域有明显的约束作用,减小了组合梁桥的跨中挠度,提高了组合梁桥的抗火能力。随着车道荷载的增大,组合梁桥的耐火时间有所减小,但影响不是很明显。     

新型单层冻结井壁膨胀及温度应力场数值计算研究

基于一种新型单层井壁结构,利用数值计算方法,对变温度、变弹性模量、变约束条件的井壁温度和膨胀应力场进行了深入研究,结果表明,加入膨胀剂的新型井壁径向在浇筑全程中均处于受压状态,井壁径向不会开裂;采用微膨胀混凝土能在井壁竖向产生最大约1．59MPa的压应力,有效防止了井壁温度裂缝的形成;温度拉应力仅出现在距井壁表面100mm左右,拉伸裂缝属于浅表裂缝,且井壁内缘的竖向配筋将有助于抑制水平裂缝的出现;微膨胀混凝土可以在井壁环向最大提供2．8MPa的环向压应力,使井壁在环向始终受压．研究结果对于单层井壁的设计与施工具有重要的指导意义．     

压型钢板-混凝土组合楼板火灾响应分析

采用有限元法对组合楼板简支板和连续板在火灾下的热、结构响应进行模拟研究,得到简支板温度场分布及挠度随时间的变化曲线,并与试验结果进行比较,分析3跨连续板中跨受火后的变形特征及内力重新分布规律,研究负筋长度和直径对连续板抗火性能的影响.结果表明:连续板为超静定结构,受拉钢筋处于低温区,能充分利用其强度,抗火性能优于简支板;支座反力随火灾温度的变化,反映了结构内力的重新分布规律;负筋长度影响楼板的变形形态和变形过程,但对最终挠度影响不大,为提高抗火性能建议负筋长度取为板跨的1/2~2/3;增大负筋直径可明显减小挠度,对抗火有利.