基于风洞试验的风沙两相流耦合流场特性

风沙两相流结构的理论与研究方法已趋于成熟,主要集中在风沙物理运动本身和防风固沙工程方面,然而,将风沙运动现象及其对建筑结构物的作用效应相结合的研究还比较鲜见,继续开展风沙地区工程结构的抗风沙研究具有重要的现实与工程意义。通过风沙风洞试验,模拟了实际沙漠地貌下的风场特征,重点通过风洞顶部落沙研究了类似沙尘暴环境下的沙浓度、风沙流速度廓线以及湍流强度随高度的变化情况。通过控制相同风速、变化不同输沙率进行落沙,以此形成多种不同类型的风沙两相流耦合流场,并与净风工况相比较。试验结果表明:沙浓度梯度分布与落沙孔数量、控制风速以及高度均相关;风沙流场中沙颗粒的运动对风速剖面有一定的削弱作用,对湍流强度却有增强作用;风场中沙质量浓度沿高度方向的分布特征直接影响了各高度处风速和湍流强度的大小,沙浓度越大的高度处对风速的削弱程度越显著,且对湍流强度的增强程度越大。     

风沙对低矮建筑整体受力影响的风洞试验研究

通过风洞测力试验,研究了不同沙浓度和风速条件下风沙对低矮建筑整体受力的影响。研究结果表明:和净风工况相比,风沙对低矮建筑整体受力有着较大影响。风沙对低矮建筑平均基底剪力系数有着明显的增大作用,且沙浓度越大,增大的越明显。而对于脉动基底剪力系数的影响,除了与沙浓度有关之外,还与指示风速有关。当风速较小时,风沙增大了试验房的脉动效应,而当风速较大时,风沙减小了试验房的脉动效应。     

青藏高原沙害特征及与新疆沙害差异研究

通过研究青藏高原风沙灾害,同时结合新疆地区风沙灾害,对两地沙害问题的差异进行研究,结果表明:青藏高原风季主要集中冬春两季、大风频发区域主要集中在高原中部。青藏高原与新疆地区风沙灾害的差异主要体现在气候差异、沙粒粒径差异、起沙风速差异和携沙量垂直分布差异;新疆地区风沙流大颗粒的含量、起沙风速、大风携沙高度均大于青藏高原。     

分层水库异重流挟沙特性及适宜排沙口的确定

利用异重流排沙是控制水库泥沙淤积和避免水库浑水现象的一种有效手段,但是目前对水库水温分层环境下的情况却鲜有研究。基于自然水温分层的分层模型水库研究,分别在入流量为0.08~0.64 m~3/h、入流泥沙浓度为1.25~7.5 g/L和泥沙粒径为0.01 mm的条件下,进行了一系列分层水库异重流的中试研究,测定了水库中5个断面、6个运行时间下的垂向泥沙浓度分布,系统分析了其变化特性和影响因素。对于固定工况,定义出水口断面处泥沙浓度不低于10%最大浓度(≥10%C_(max))的位置为适宜排沙口位置。中试结果表明,在跃温层温度梯度为41~48℃/m的分层条件下,入流量和泥沙浓度均能影响水库内异重流的主要挟沙范围及适宜排沙口的位置。水库内最大泥沙浓度随入流量和泥沙浓度的增大而增大,其主要挟沙范围亦随之扩大,异重流排沙口的适宜垂向位置下移。     

基于空气幕和挡烟垂壁的地铁站烟气控制

通过研究空气幕和挡烟垂壁阻挡烟气蔓延的性能,结合地铁站模型,利用FDS对控烟措施进行研究分析.考虑挡烟垂壁的高度以及空气幕的风速大小对烟气蔓延控制效果的影响.结果表明,挡烟垂壁高度越大越能有效控制烟气蔓延至站厅层;空气幕的风速适当增大能有效地把烟气控制在站台层.二者的有效结合、合理设置能抑制烟气蔓延至站厅层.     

上海地区近地台风与季风湍流特性对比研究

为了研究上海地区近地台风与季风湍流特性的差异,基于高度10、20、30、40m处上海浦东风工程实测基地获得的风速风向数据,对台风“梅花”与季风作用下浦东地区近地湍流特性进行了对比分析。结果表明：台风“梅花”和季风作用下近地湍流度和阵风因子均随平均风速的增大而减小,不同的是前者变化速率随平均风速的增大而减小,而后者变化速率基本不变;相同高度处季风作用下各向湍流度和阵风因子均大于台风“梅花”作用下的结果,并给出了湍流度和阵风因子剖面的经验表达式;季风和台风影响下自相关系数均随迟滞时间的增大而逐渐减小,且高度越高衰减速率越慢,在相同高度处台风下的衰减速率明显比季风的大。     

含砾滑带土残余强度与剪切面粗糙度的细观响应机制

含砾滑带土的力学性质与剪切面细观结构紧密相关,定量化表征剪切面的粗糙度对于揭示含砾滑带土残余强度变化的细观机制具有重要意义。基于反复直剪试验和高精度三维激光扫描技术,对含砾滑带土剪切面的粗糙度进行了定量刻画,并剖析了其与残余强度参数之间的关系,结果表明:滑带土剪切面摩擦系数与粗糙度呈较明显的相关性;砾石是滑带土残余强度变化的内在因素,垂向应力和水是残余强度变化的外部因素。含砾滑带土的残余强度由剪切面砾石的接触性质和剪切面的起伏程度共同决定:砾石含量决定了咬合摩擦接触面的数量,随含石量增大,剪切面中咬合摩擦接触面增加;砾石最大粒径控制了接触面积和夹角,粒径越大,咬合摩擦越大;垂向应力的压实作用和水的软化作用有助于咬合摩擦向滑动摩擦转化,减小滑带土的残余强度。     

隧道渐扩段火灾纵向排烟关键参数研究

针对城市隧道日益增多的引流渐扩段,利用数值模拟分析渐扩段发生火灾时,烟气回流长度、临界风速、火风压等纵向排烟关键参数特征。研究表明为控制渐扩隧道烟气回流,需考虑火源处风速——有效风速,入口处临界风速可根据最宽截面处发生火灾,即最不利工况时的有效临界风速进行折算。在相同有效风速下,渐扩隧道烟气回流长度更短,回流长度差距最大的情况可达到60 m左右,对消防设计和火灾救援产生明显的影响。渐扩隧道火风压会随有效风速的增大,先增大后减小,当有效风速增大到临界风速后趋于稳定的数值。由于隧道渐扩段烟气回流速度更快,烟气的惯性力项越大,火风压也越大。     

瓷双伞XWP2-160型绝缘子积污特性数值模拟

为研究瓷双伞型绝缘子表面的积污特性,以瓷双伞XWP2-160型绝缘子为研究对象,利用Fluent软件中的欧拉模型,对该绝缘子的积污特性进行了数值模拟研究,并预设了6个观测点,对其进行了重点分析。研究表明:随风速、颗粒粒径及污秽浓度的增大,绝缘子表面积污量均有所增加且有一定的饱和性;迎风面观测点的积污量随粒径的增大而增大,但背风面,部分观测点的积污量随粒径的增大其增长速率减缓,甚至出现负增长;粒径较小时,积污量随风速的变化较大,而粒径较大时,则反之。     

龙卷风作用下高速列车的运行安全性评估

随着我国铁路线网密度的加大以及龙卷风等极端天气出现的频次增多,列车遭受龙卷风袭击的风险不断增加。利用物理模拟器对列车进行测压试验,通过试验得到的气动力对龙卷风作用下高速列车的运行安全性进行评估。结果表明:受龙卷风气压降和水平风速的共同影响,列车距龙卷风中心不同相对位置时,所受风荷载作用机制明显不同;迎风侧轮轨横向力主要由侧力产生,风速较大时,升力和侧滚力矩对轮轨垂向力的贡献增大;横向力、脱轨系数、轮重减载率等列车运行安全性指标随径向距离的增大先增大后减小;列车运行安全性指标随风速、车速的增大而增大,列车安全运行的龙卷风临界风速值随车速的增大而急剧减小,其中,当车速为350km/h时,轮对横向力对应的临界风速仅为11.06m/s。     

砂雨法制备砂土地基模型控制要素试验研究

为掌握砂雨法制备砂土地基模型相对密实度D_r的主要影响因素,设计加工了包括点式和线式出砂头的成套砂雨装置,讨论了D_r随落距、出砂孔尺寸、出砂头总流量、移动速度的变化规律,分析了D_r空间均匀性分布特征。试验表明：①随落距增大,D_r随之提高,但增速逐渐减缓,可将D_r相对增速K介于±3%所对应落距范围内的D_r均值为稳定相对密实度;②稳定相对密实度与出砂孔尺寸呈线性负相关关系,同一流量下随出砂头移动速度表现出非线性变化特性,出砂头总流量对稳定相对密实度影响不明显;③无论是在水平层面还是沿深度的不同位置,模型箱中部附近的D_r分布均匀性都优于四边和四角处;④一线点式出砂头所制备的砂土D_r与目标值误差较筛孔点式小,具有较好的可控性。     

热力效应作用下小区风环境风洞试验研究

温度作为影响城市舒适度的主要因素之一,对流场的作用机理到目前为止尚不明确。为揭示温度场对流场的影响规律,基于大尺寸风洞,对不同热力条件下的平均风进行试验研究,得出不同理查逊数R_b作用下的人行高度风速、相关测点顺风向速度和雷诺剪切应力分布并进行详细分析。以长沙市某小区为研究背景,探究了不同热力效应下人行高度风场的分布规律,获取了热力条件下典型测点的相关性系数,并利用超越概率的方法定量评估了热力效应下的小区人行高度风环境。结果表明:在-0.38<R_b<0范围内,空风洞流场随着热力效应增大,在近地面风速增长相对较大,且随着高度的增加其增幅逐渐减缓; 实际中小区人行高度风环境受温度影响整体较小,主要影响集中在风速比0.6以下,最大均方根为0.635,风速比在0.6以上时温度对风速影响效果相对较小; 热力效应对人行高度风场的相关性与舒适度影响较小,其最大影响值分别为8%和3.87%。     

基于粒度熵概念的贝壳砂颗粒破碎特性描述

对取自福建莆田湄洲湾海域的贝壳砂进行了不同围压、不同相对密度下的三轴排水剪切试验,同时考虑了尺寸效应的影响。依据试样试验前后粒径分布资料,在统计熵概念基础上提出颗粒破碎粒度熵模型对其破碎率进行了度量,并与Hardin颗粒破碎模型进行了比较,结果表明：贝壳砂颗粒破碎率与围压、相对密度及试样尺寸均有关系,在相同试验条件下,贝壳砂颗粒破碎程度随着试样尺寸的增加而增大,随着围压的增加而增大;当相对密度较低时,颗粒破碎率呈增大趋势;相对密度增加到较高值时,颗粒破碎程度减弱;贝壳砂三轴压缩前后的级配曲线均可以通过粒度熵模型参数表征,其中相对基础熵参数（NB）较好地反映了颗粒破碎程度大小,破碎率愈高,NB值愈小,NB与Hardin破碎率存在显着的线性关系。贝壳砂颗粒破碎粒度熵参数能较好地描述其颗粒破碎行为,为岩土介质材料的颗粒破碎分析提供了一个新的量化指标。     

不同粒度粗粒的极限孔隙比和破碎特征

为了研究以石英砂为主要成分的粗粒土压实过程,分别利用量筒倒转法和振动击实试验,测定了不同粒度粗粒的极限孔隙比,分析了极限孔隙比随粒径变化的规律;采用压实容量表征粗粒孔隙比变化范围,探究了压实容量与粒径的关系;开展了不同粒度粗粒和原料土的颗粒破碎特征试验,分析了击实过程中的颗粒破碎特征和演变过程.结果表明:粗粒最大孔隙比随着粒径的增大先快速减小后缓慢增大,最小孔隙比随着粒径的增大线性减小;粗粒土压实容量随着粒径的增大先减小后增大;粗粒土在击实过程中的颗粒破碎量随着粒径的增大线性增大;颗粒破碎使粗粒土向着级配连续的方向发展,粗粒土逐渐趋于均匀化.     

钙质砂热传导性能试验

基于热针法测得了不同条件下南海钙质砂的热传导性能,探讨了含水率、干密度、温度、颗粒粒径等因素对钙质砂热导率的影响。研究结果表明：钙质砂热导率随含水率、干密度的增大而增大,且含水率越大,干密度对热导率的影响越明显;相对于随干密度的变化,钙质砂热导率随含水率的变化尤为显著;钙质砂热导率随温度升高而增大,但是热导率在不同温度下随含水率的增长趋势不同;颗粒粒径对钙质砂热导率的影响甚微;在钙质砂中掺入一定量石英砂有助于改善其导热性能。     

室外风对走廊温度分层和房间自然排烟的影响

为研究室外风对走廊中火灾烟气分层特性和自然排烟的影响,在相似原理的基础上开展了1/3 缩尺寸实验。通过改变火源功率、室外风速和外窗尺寸,结合对走廊火灾烟气分层特性和自然排烟效果的判断,找出使分层失效的临界室外风速以及使自然排烟失效的临界室外风速,运用量纲分析和数据拟合的方法分析无量纲火源功率和无量纲临界失效风速之间的关系。研究发现,温度分层无量纲临界失效风速与无量纲火源功率呈现良好的线性关系,温度分层临界失效风速随窗口尺寸减小而增大;自然排烟无量纲临界失效风速与无量纲火源功率呈现显著的对数函数关系,窗口尺寸相同时,火源功率越大,自然排烟临界失效风速越大。     

新旧荷载规范关于风振系数表达形式的比较研究

采用随机振动理论建立新、旧两种荷载规范中风振系数表达式之间的内在联系，指出新规范计算风振系数的参数与旧规范中的脉动增大系数、脉动影响系数、位置函数的关系；建立新规范的背景分量因子Bz的具体表达式，可适用于各质点质量、受风面积、阻力系数及振型值任意变化的情况；指出新规范计算风振系数时将用10 m高处的紊流度代替旧规范的脉动系数。数值算例表明，新规范的风振系数比旧规范的有所提高，这种提高主要来自于新规范中峰值因子与紊流度取值的提高；新规范与旧规范相比，由等效静力风荷载引起的结构基底剪力，除了D类地貌的有所减小外，其它3种地貌的基底剪力都有所增大。     

砂的颗粒组成对砂浆强度影响的试验研究

将3种粗细程度不同的砂,即5 mm>D≥2.36 mm的粗砂2,.36 mm>D≥1.18 mm的中砂及1.18 mm>D≥0.6 mm的细砂,按均匀设计方法进行配合比组合,分别测得了各组合方案的堆积密度,找出最大堆积密度的一组,与粗砂、细砂作为3种试验砂,配制了M2.5-M5、M10、M15、M20四组不同强度等级的砂浆,分别测定其28 d强度和密度,分析了砂的粒径级配对砂浆性能的影响,指出:对于强度等级低的砂浆,在水泥用量一定的情况下,砂浆的砂粒越粗,强度越高,甚至高于最大堆积密度者,而当砂浆强度在M10以上时,组合砂浇筑的砂浆强度要大于粗砂浇筑的砂浆强度,且砂浆试块密度也是组合砂浇筑的较大。     

不同含泥量风积沙的物理化学性质

采用对毛乌素沙漠地区不同含泥量颗粒进行了级配试验、比重试验、界限含水量试验,试验结果表明：随着含泥量的增大,其有效粒径减小、界限含水量增大及比重增大;在含泥量较小时,其硬度和强度均较大,含泥量较低的风积沙可作为路基填料。