秦岭特长公路隧道火灾数值仿真研究

该文通过计算机建立了实验中所用的秦岭特长公路隧道的数值模型,并采用与实验中相同的火灾规模和边界条件对不同风速下隧道拱顶纵向温度分布进行了数值仿真研究。将仿真的结果和实验数据进行了比较,实现了对这个数值模型的有效性的验证。然后,采用这个数值模型对秦岭特长公路隧道发生火灾时的热环境进行了数值仿真研究,获得了从实验中很难得到的数据并在此基础是对隧道的性能化防火设计、消防安全措施、特别是对人员的在火灾时的安全逃生作了可靠的分析和预测。     

煤矿硐室电缆火灾数值模拟

为掌握煤矿硐室电缆火灾的发展演化规律,利用FDS软件对煤矿硐室电缆火灾发展过程中烟流、一氧化碳浓度、氧气浓度、温度进行了数值模拟。结果表明:①随着煤矿硐室电缆火灾发生时间的推移,烟流会加速蔓延至整个硐室,硐室内一氧化碳浓度先升高后降低并最终趋于稳定,氧气浓度先降低后升高并最终趋于稳定,温度先上升后降低并最终趋于初始温度。②回风巷中一氧化碳浓度、氧气浓度波动剧烈,温度波动相对较小,而进风巷中一氧化碳浓度、氧气浓度、温度均未受火灾影响,因此进风巷可作为安全逃生通道。③火灾发生后60s内,硐室中烟流蔓延范围较小且集中在硐室中上部,一氧化碳浓度、氧气浓度、温度均处于安全范围内,此时为最佳逃生时间。     

深井“T”型巷道火灾的安全区域划分

矿井火灾中高温烟气的流动扩散是造成安全事故的重要原因,针对矿井典型巷道中火灾危险区域与时间关系不明确的问题,提出了一种深井“T”型巷道火灾的安全区域划分方法。采用Pyrosim软件建立三维数值模型,模拟了在高温高湿情况下“T”型巷道火灾发展阶段巷道内的高温烟气流动,揭示了火灾发展阶段“T”型巷道下温度场和有害气体浓度场随时间和空间位置的变化规律;根据人体口鼻高度(即巷道1.6 m高度位置)的模拟数据,得出巷道的水平长度与温度、CO浓度、CO₂浓度的关系：风流通过巷道混合高温烟雾沿巷道顶部向下风侧蔓延,随着与火源距离增加,温度逐渐降低,CO、CO₂浓度等值线纵向分布逐渐密集。在此基础上,根据烟气温度和CO、CO₂气体对人体的危害程度进行安全区域划分,将烟气扩散区域划分为安全区域(危险等级1)、轻度危险区域(危险等级2)、中度危险区域(危险等级3)、重度危险区域(危险等级4)4类,分析结果表明：温度划分结果中巷道Ⅰ中测点主要集中在重度危险区域,毒性气体划分结果中巷道ⅠCO₂的安全区域范围较CO大,CO的...     

基于Pyrosim对天然气管道泄漏火灾后果的模拟研究

为探究天然气管道泄漏对周围人员和建筑物所造成的影响,提高管道火灾的人员逃生率,采用Pyrosim火灾仿真模拟软件,首先,按照管道火灾的特点设置火源及反应类型,对火灾模拟的过程、热辐射强度范围和温度分布范围进行分析;其次,将火灾模拟时间设为100 s,截取观察15 s、25 s、35 s、45 s、55 s、65 s、7...     

利用CFD技术研究四边形通道内的流场

了解认知隧道内的流体力学的特点对于隧道火灾的研究和隧道安全建设有着非常大的意义。为了对隧道火灾的特点进行研究,我们使用商用CFD程序STAR-CD对速度场和压力分布进行了数值模拟。模拟过程中在同一入口位置的情况下改变四个出口位置,出口位置与模具高度的数值对别分别为L/H=0,0.375,0.75,1.125。同时还介绍了对于火灾救援和人员疏散的有效措施。     

基于湍流大涡算法的烟气扩散对人员逃生影响研究

以气体流动控制方程为基础,基于湍流大涡算法研究国防工程不同出口类型防火分区不同位置着火点发生火灾时烟气扩散规律,分析走廊烟气特征参数分布和人员逃生时的火灾危险性。研究表明:对于双向型出口,走廊烟气和空气分布有明显热分层现象,走廊能见度最好、温度最低;单向型出口温度沿走廊呈衰减趋势,在着火房间处走廊温度较高; CO_2浓度在各种出口类型下均能满足人员逃生要求;全封闭型分区能见度低,火场温度高,火灾危险性最大。     

井下火灾中逃生人员健康度评价模型

在井下火灾逃生过程中,矿井人员在有害环境影响下的身体状况对其逃生的成功与否具有决定性作用。提出了井下火灾中逃生人员健康度的概念,综合分析了热辐射、有毒气体、烟尘颗粒及缺氧等危害因素对井下人员健康度的影响。基于模糊综合评价方法,建立了上述危害因素对逃生人员健康度的影响评价模型,并建立了人员在逃生过程中的健康度的动态评价方法。利用火灾模拟软件FDS对井下火灾实例进行了简单模拟,模拟结果验证了该评价方法的实用性和有效性。人员健康度能够对复杂灾害环境中的逃生人员状态进行综合评价,为井下灾害中的逃生路径决策提供量化的标准。     

基于Pathfinder高校高层学生公寓火灾疏散仿真模拟研究

目前,高层建筑在高校建筑群中的数量快速增加,但出现了火灾疏散逃生的难题。因此,基于建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)技术和Pathfinder疏散模拟软件对某高校第23栋高层学生公寓楼进行人员疏散模拟,分析该学生公寓在应急逃生疏散中存在的安全隐患。从无人为干预下的数值模拟试验结果中得出,该高层学生公寓出口的利用率较低,疏散过程中楼道人员密度大,存在发生二次事故的风险。     

基于健康度的虚拟火灾逃生行为控制研究

虚拟角色的行为控制是虚拟火灾逃生系统的重要组成部分。在逃生过程中，火灾环境中的各种危害因素会对逃生人员的身体健康产生严重影响，而健康状况又会对逃生人员的逃生行为和速度产生重要影响。为了使虚拟角色的行为控制更加符合这一实际情况，引入了健康度的概念，分析了火灾环境中热辐射、温度、有毒烟气、“贫氧”状况等主要因素对健康状况的影响，以及健康状况对逃生行为的影响，建立了基于健康度的虚拟火灾逃生行为控制模型。实验结果表明，该模型能较真实地模拟火灾逃生行为，有效地提高了虚拟火灾逃生训练的真实感。     

8.8m超大采高工作面煤自燃防治经验探讨

超大采高工作面煤自燃监测数据包括气体浓度、温度等,研究方法包括实验、数值模拟、现场观测等。现有研究大多未考虑各指标之间的关系,研究手段及数据分析方法单一。针对该问题,以上湾煤矿采高为8.8m的12401工作面为例,通过煤自燃实验、现场"三带"实测及数值模拟相结合的方式,分析煤自燃火灾过程中气体浓度与温度之间的关联关系,总结采空区内因火灾发火规律和特征。建立地面钻孔注氮模型,反演了采取注氮措施前后O_2浓度场、CO浓度场、温度场和"三带"分布变化规律;针对高温异常区域,根据数值模拟结果选取注氮位置,采用地面与井下一起注氮的方式降低火灾危险性。研究结果表明:CO可作为预测煤自燃的指标气体,CO_2和CH_4不能作为指标气体,C_2H_6,C_2H_4,C_2H_2,H_2可作为辅助指标气体;采取注氮措施后,氧化升温带的宽度大大减小,CO体积分数明显降低,最高点温度迅速下降,惰化效果显著;高温异常区域CO体积分数及温度有逐渐下降的趋势,验证了注氮位置的合理性和注氮措施的有效性。     

隧道火灾疏散模型实时仿真算法的实现

由于隧道火灾的人员疏散难题,提出一种基于网格选择的隧道火灾人员疏散模型算法,设计了人员类型、奔跑速度、奔跑方向、人员所在环境等疏散属性参数,建立基于网格化离散场变量和坐标值的仿真模型。该算法克服了常用的元胞自动机算法计算量大,实时仿真比较困难的缺点。最后,利用Open Inventor进行了计算机仿真,并应用该仿真模型进行了分析,从逃生通道对疏散时间的影响及诱导标志设计对疏散时间的影响两方面验证了模型的有效性,并可直观地为安全疏散设计提供理论依据。     

基于改进FCM聚类算法的隧道火灾受困人员信息化定位方法

为了缓解火灾现场受困人员定位时间长以及定位精度低的问题,研究基于改进FCM聚类算法的隧道火灾受困人员信息化定位方法。采用改进FCM聚类算法分割隧道火灾图像,利用SIFI算法提取完成分割后隧道火灾图像的空间特征,利用Gabor小波方法获取隧道火灾图像空间特征内的面积边缘以及烟雾纹理,建立方向角分布模型以及烟雾变化能量模型,利用所建立模型提取受困人员的动态特性,实现隧道火灾受困人员的信息化定位。实验结果表明,该方法可以有效定位隧道重大火灾、较大火灾以及一般火灾的受困人员,不同火灾烟雾浓度系数的定位精度均高于98.5%,定位时间低于200 ms。     

环境模拟风洞高压动力系统设计研究

为实现环境模拟风洞风速性能指标,对动力系统进行了设计;介绍了环境模拟风洞的气动轮廓构型,阐述了动力系统的工作原理,包括主驱动回路、散热辅助系统和控制系统,给出了10 kV 4 MW动力电机的计算选型过程并分析了电机特性曲线;采用高压变频器实现了动力系统的调速驱动,通过48脉冲整流完美无谐波矢量变频实现高品质的电能利用;通过基于Modbus TCP现场总线协议,实现了主控计算机、本地控制系统的实时通讯和数据交互,给出了控制系统软件工作流程;通过不同构型风洞喷口试验,分析研究了最大风速和极端温度负荷工况条件下,轴功率随试验温度的变化关系、电机温升特性以及稀油站供油压力与轴升的关系;实验测试结果表明,本系统对于环境模拟风洞有较好的风速、温度匹配性能,对于开展相关实验具有优良环境适应性.     

声学风洞的设计与仿真

声学风洞优化设计问题随着航空交通运输业的发展,飞机产生的噪声问题日益引起人们的重视。为此,对地面实验设备就提出更高的要求,开展了航空声学风洞的研究。针对传统声学风洞靠经验和工程估算的设计方法准确性差的问题,提出采用数值仿真的方法对将要建造的声学风洞内流场进行建模仿真。得到给定速度下,得到风洞整体内流场的速度及压力分布,比较了风洞各段的压力损失系数和轴线的速度分布,并结合气动声学FW-H方法给出了各段的声压级。结果表明,通过数值仿真可对风洞前期优化设计起到指导作用。     

Modeling wildfire propagation with the stochastic shortest path: A fast simulation approach

Wildfires have significant environmental and economic effects. Since containment of wildfires involves deciding under tight time constraints, there is an increasing need for accurate yet computationally efficient wildfire prediction models. We consider the problem of finding the fire traversal time across a landscape considering wind speed as an unpredictable phenomenon. The landscape is represented as a graph network and fire propagation time is modeled as the Stochastic Shortest Path problem. Monte-Carlo simulation is utilized to determine the fire travel-time distribution. A network size reduction methodology is introduced to quicken the simulation time by eliminating the unimportant parts of the network. This methodology is implemented in Java to simulate the wildfire propagation on a study area located in Massachusetts. This method shows the capability of substantially reducing the simulation time without affecting prediction accuracy, enabling the algorithm to serve as a fast and reliable tool for fire prediction.     

基于数值计算的高速列车气动阻力风洞试验缩比模型选取方法

为给高速列车气动阻力风洞试验模型选取提供更多的参考依据,通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,研究不同比例的高速列车缩比模型对气动阻力风洞试验结果的影响.首先,计算得到开口式风洞测试段的静压系数分布曲线,为高速列车气动阻力测量试验模型的长度选择以及摆放位置提供依据;其次,通过数值计算得到全尺寸模型列车在明线运行时,以及不同比例的模型列车在风洞中运行工况下的气动阻力信息,并从阻塞效应和雷诺数的变化,以及风洞试验段内静压分布的影响这3个方面对列车模型的气动阻力结果进行分析,得到在所研究风洞中较合理的列车缩比模型比例选取范围.这种以CFD为基础进行数值仿真,选取风洞试验中列车模型比例及试验测试位置的方法,为在地面交通工具风洞中进行高速列车模型气动阻力试验的缩比模型选取提供一定依据.     

基于可拓神经网络的火灾探测算法

为解决传统单一传感器式的火灾探测器容易造成火灾报警的漏报和误报的问题,采用多传感器信息融合技术,将温度、烟雾浓度和CO浓度等多个参数相结合,进行综合分析,对火灾进行早期预测。采用可拓神经网络作为数据融合算法,以温度、烟雾浓度、CO气体浓度三个物理参量作为输入,以三种火灾预警等级作为输出。通过仿真分析结果表明：火灾正确识别率很高,达到93.9%以上。同时通过与传统BP神经网络的对比,表明可拓神经网络在数据融合的速度和可靠性上有突出的优势,从而使可拓神经网络实际应用于火灾早期预测成为可能。     

Support vector machine based aerodynamic analysis of cable stayed bridges

Flutter, a self-excited vibration resulting from the interaction between structural motion and aerodynamic force, is the major aspect in wind resistant design of cable stayed bridges. The critical speed for flutter of a deck section can be evaluated using the flutter derivatives obtained by sectional model testing of the bridge deck in a wind tunnel. Since it is very expensive, time consuming and laborious to conduct wind tunnel tests for all the practical dimensions of deck, the support vector machine (SVM) is applied for predicting the flutter derivatives for any deck size. The wind tunnel experimental data is collected from literature and SVM is trained. Thus predicted flutter derivatives are used for estimation of critical flutter velocity of cable stayed bridges. The effect of each aerodynamic derivative on flutter instability is investigated in this study.