蒙特卡洛方法计算两区域火灾中的热辐射

为丰富两区域火灾模拟中的热辐射计算的应用,将蒙特卡洛方法与火灾两区域模拟的基本原理相结合,改进了两区域火灾模型.该模型可计算火灾场景中的烟气、顶棚、火焰、墙壁和可燃物之间的辐射换热.通过模拟同一个单室火灾的实验场景,对比了本模型与CFAST模拟及实验测量的结果.计算结果表明,烟气层温度曲线的变化趋势相同,改进模型的烟气层温度最大值与CFAST计算结果的相对误差为1.70％,与实验测量结果误差为0.67％,证明蒙特卡洛方法对火灾两区域模型的成功改进.同时,采用蒙特卡洛法的两区域模型避免了复杂火灾场景中辐射角系数求解的困难,可方便地求解出火场内任意辐射面发射和接受到的热辐射能量.     

大能束数蒙特卡洛热辐射计算的CUDA并行算法

研究了基于CUDA（Compute unified device architecture）技术的蒙特卡洛热辐射计算算法.以油池火的火焰辐射计算为例,采用计算能力值为1.1,1.2,2.1的3种GPU为硬件,探讨了CUDA在蒙特卡洛热辐射计算中的效率.研究发现,当计算采用的线程数为最大值,线程块数为MP个数的整数倍,GPU的计算能力值较大时,计算速度可以得到较大的提升.经过优化后,在计算500万个能束数时,采用计算能力值为1.1,1.2,2.1的GPU运行时间只需0.44,0.167和0.084s,分别比单个CPU的运行时间快了62,167和333倍.结果证明对蒙特卡洛法进行CU-DA并行化改进,在保证计算精度的同时可以极大地提高计算效率.     

超低压量程下的可燃气体燃烧特性研究

试验研究了超低压环境对甲烷层流扩散火焰特性的影响。试验基于3 m×2 m×2 m变气压变氧浓度试验舱完成,试验舱的压力以恒定速率从标准大气压101.6 kPa降低到设定压力13 kPa,通过线性变化的不同降压、升压速率两个阶段,研究甲烷燃料在匀速动态的不同环境压力下的扩散火焰燃烧特性(如火焰温度、热辐射通量、火焰形状)。实验发现,浮力羽流区温度ΔT₀与环境压力P_∞^-2/3呈显著的正相关,但不适用于30 kPa～13 kPa的超低压量程。火焰形态(颜色和高度)与甲烷流量及环境压力变化关系密切。此外,在动态的压力变化下,甲烷火焰的热辐射通量与环境压力呈正相关变化。在降压阶段,随着甲烷流量增大,火焰高度先增后减再增,最后为持续增加;升压阶段情形则与之相反。     

W型火焰煤粉锅炉炉内传热过程的三维数值模拟

本文研究了Ｗ型火焰煤粉锅炉炉内传热过程的数值模拟计算方法．用蒙特卡洛法计算辐射换热，用差分法计算对流换热及导热．利用这一方法计算了３００ＭＷＷ型火焰锅炉炉内的温度分布，取得了比较满意的结果．另外，本文还对有关蒙特卡洛法的几个问题进行了研究．     

基于线热源模型的喷射火焰热辐射计算方法

为提高喷射火灾场景中对热辐射强度的预测结果的准确度,并且能够对热辐射强度进行快速 估算,将喷射火焰视为热载荷密度均匀分布于火焰中心线上的一条线热源,并考虑火焰中心线的形 状,提出基于线热源模型的火灾热辐射计算方法．通过对两个案例进行分析,结果表明：线热源模型 比点源模型提高了火灾热辐射预测结果的精度,比固体模型的计算过程更为简单便捷,满足工程快 速估算的需求．火焰线热源模型考虑了火焰长度方向的影响,但未考虑其宽度方向可能造成的影响 和火焰沿长度方向上热载荷分布的不均匀性,这可能引起计算结果与真实结果之间的误差,还有待 进一步的研究．     

响应面法与蒙特卡洛法边坡可靠性评价方法对比研究

考虑影响边坡稳定性的主要因素强度参数c、φ的不确定性,以蒙特卡洛法计算结果作为可靠性分析的基准解,在极限平衡法理论框架下开展不同可靠性评价方法之间的对比研究.采用c、φ为基本随机变量建立二次多项式响应面,以重构功能函数,并结合一次可靠度法和蒙特卡洛法进行边坡可靠性分析.通过对均质边坡的圆弧滑动破坏、非均质边坡的非圆弧滑动破坏、三峡库区谭家坪滑坡破坏这3个案例的可靠性分析结果对比得出:1)二次多项式响应面法原理简单,对于隐式功能函数,有较好的计算精度和求解效率,适用于可靠性分析的近似计算,特别是在参数服从正态分布的情况下,能够达到很高的精度;2)求解响应面时应优先采用Spencer法、MorgensternPrice法,对圆弧滑动面边坡,也可以选用简化Bishop法.     

高架火炬事故状态火焰热辐射危险性分析

从流体力学角度研究大型石化企业高架火炬事故状态时火焰热辐射的危害性,应用CFD数值模拟技术对其排放量为500t／h时的火焰热辐射进行了数值模拟,建立了火焰周围的热辐射强度场。运用Statistica软件拟合数据得出热辐射强度与距离火焰中心的水平距离的对应关系式。根据《石油化工企业燃料气系统和可燃性气体排放系统设计规范））SH3009—2001中规定的人体所能接受的安全热辐射强度计算得出地面操作人员安全间距的参考值为81．5m,对事故状态时的应急救援和人员防护起到一定的指导意义。     

可靠度理论在边坡工程中的应用研究

为减少或最大程度地消除边坡稳定分析中的不确定性,研究了起源于不确定性的工程结构可靠度理论,并分析了其基本原理。从边坡稳定性分析的特征出发,类比结构可靠性分析方法,建议分别使用两种适用于边坡稳定及可靠性分析的状态方程以研究功能函数形式对边坡可靠性分析的影响。然后,对结构可靠性分析中常用的蒙特卡洛模拟法、一次二阶矩中心点法和罗森布鲁斯法的基本原理及应用特点进行了研究。最后,基于边坡稳定性分析的平滑动面法,分别运用三种可靠性分析方法对实例边坡在不同应力状态下的可靠度及稳定系数均值进行了计算分析。分析结果表明:蒙特卡洛法、一次二阶矩中心点法和罗森布鲁斯法计算的边坡可靠度能够较好地描述不同应力状态下实例边坡的可靠性与稳定性的变化规律;其中,罗森布鲁斯法基于安全系数功能函数计算的可靠度值最小。     

遮光剂对SiO2气凝胶热辐射特性影响的理论研究

为研究添加遮光剂对SiO2气凝胶热辐射特性的影响,分别采用考虑基质吸收的改进的Mie散射理论和经典的Mie散射理论计算了气凝胶基质中单个粒子的热辐射特性和遮光气凝胶总的热辐射特性,并将两种方法的计算结果与已有实验数据进行了对比。分析了遮光剂粒子尺寸、分布规律对遮光气凝胶热辐射特性的影响,计算了遮光气凝胶的辐射热导率和不同温度下的最优粒径。结果表明:气凝胶基质的吸收作用对基质内的粒子散射影响较小,在计算遮光气凝胶热辐射特性时可以忽略。采用TiO2均一粒子系作为遮光剂,温度为300、500、700、900 K时的最优粒子半径分别为1.4、1、0.75、0.6μm。     

大尺度管道爆炸火焰速度计算模型

通过理论分析和实验方法研究了管道内爆炸火焰速度,旨在为预测和评估爆燃火焰速度提供一种基于理论和实验的半经验计算方法．研究表明,火焰速度可以简化为湍流燃烧速度和热膨胀速度叠加的结果,推导出利用压力计算湍流燃烧速度和热膨胀速度的模型,并提出了利用压力、层流燃烧速度、湍流燃烧速度和热膨胀速度计算火焰速度的方法．对贫燃(φ=0.967)和富燃(φ=1.21、1.45)预混气体爆炸实验和计算分析表明,压力沿长径比增大方向呈线性增大;层流燃烧速度以线性关系正比于压力变化,接近化学当量比情况下的变化速率较大,φ=1.21条件下的层流燃烧速度值最大;压力变化和层流燃烧速度增大对湍流燃烧速度的影响不明显,对热膨胀速度的影响显著;压力和层流燃烧速度不是湍流燃烧速度的决定性因素而是热膨胀速度的决定性因素．     

W火焰炉内流动和传热过程的预测

本文成功地将湍流两方程模型及概率统计方法应用于W火焰炉的流动和三元传热计算,给出了炉内速度场,温度场及热流分布的详细数据,得出了一些有意义的结果,为我国研究和发展该项燃烧技术提供了参考数据。     

处理辐射换热的一个新热流数学模型

本文从辐射与传输的最基本的原理出发,引进“等价热流”、“正向投射热流”“反向投射热流”,“正向赝投射热流”及“反向赝投射热流”的概念,定义了一个具有统计意义的“比热流参数”,建立了一般情况下的热流微分方程,并在几种特殊入射强度分布的情况下用Monte-Carlo方法求解了比热流参数的具体值,同时给出了一个常用情况下的边界条件,构成了完备的数学模型,该模型与文献[2]的模型有所不同,它能较好说明文献[2]方程计算结果偏小的问题。     

嵌入式微通道传热特性及局部热点尺度效应

通过实验测试结合理论分析,研究嵌入式微通道冷却系统的传热特性及局部热点的尺度效应. 测试芯片加工采用MEMS工艺,微通道层与顶层之间的连接采用硅硅直接键合,芯片与电路板（PCB）之间的连接采用倒装焊接. 研究结果表明,采用嵌入式微通道设计极大地缩短了微芯片到微通道的导热距离,可以显著地减小微芯片到环境的热阻. 根据测试结果可知,在100 W/cm²均匀热流密度的条件下,使用6.84 mW/cm²的泵功,可以将模拟IC热源的温升控制到小于40 K,能效比超过14 000. 在非均匀热流密度的条件下,局部热点的存在会增大导热热阻在总热阻中的占比,局部热点尺度越小,热点附近的侧向热传导越严重,导热热阻越大,这减小了对流换热热阻在热点区域总热阻中的占比,使得增大对流换热系数带来的总热阻降低效果减弱.     

基于次磷酸铝的低烟阻燃天然橡胶研究

天然橡胶的阻燃和抑烟是其用作轨道交通减振材料极其重要的安全性能指标。为了提高天然橡胶的火安全性,使用次磷酸铝协效氢氧化铝阻燃天然橡胶。锥形量热测试结果表明,在20份次磷酸铝和100份氢氧化铝的添加量下,两者的协同阻燃效果最佳,能使天然橡胶的最大热释放速率从515 kW/m²降低至169 kW/m²,总烟生成量从43 m²/m²降低到14 m²/m²,峰值热释放和总烟生成量的降幅均高达67%。力学性能测试结果表明,单独添加次磷酸铝会大幅恶化橡胶材料的力学性能,而次磷酸铝协同氢氧化铝使用仍使橡胶材料的力学性能保持在较高水平：拉伸强度大于15 MPa,永久压缩形变小于30%。因此,次磷酸铝与氢氧化铝复配使用不仅能起到协同阻燃天然橡胶的作用,还能维持其较高的力学性能。本文的研究成果为获得阻燃低烟的天然橡胶提供了一种新的技术策略。     

A new hybrid method——combined heat flux method with Monte-Carlo method to analyze thermal radiation

A new hybrid method, Monte-Carlo-Heat-Flux （MCHF） method, was presented to analyze the radiative heat transfer of participating medium in a three-dimensional rectangular enclosure using combined the Monte-Carlo method with the heat flux method. Its accuracy and reliability was proved by comparing the computational results with exact results from classical ＂Zone Method＂.     

火烧注气井等效热传递系数的实验测定研究

在建立火烧注气井等效热 传递模型的基础上,依据不同空气流速、热流密度下井筒壁面处的测量温度,测算得到 3 种情况的热 传递系数,并与相应的数值模拟的理论解加以比较,结果表明:二者随时间的变化趋势基本吻合,符合热力学第二定律的理论解释;等效热 传递模型可用于描述火驱工程实践中热空气与油层的对流换热过程。     

喷涂多孔表面沸腾传热实验研究

对喷涂多孔表面沸腾传热进行了实验研究,喷涂多孔表面有三种厚度,采用蒸馏水、乙醇和R—113作实验工质,实验在当地大气压下进行．实验结果表明：喷涂多孔表面上产生沸腾的起始过热度低,传热系数比光滑表面高2—5倍．喷涂多孔表面沸腾临界热流也比光表面高,可以在比较宽的热流范围内强化沸腾换热．实验还表明：喷涂多孔表面也具有沸腾滞后现象,但是,滞后过热度较小．喷涂技术不仅具有设备简单、操作方便、费用低等优点,还具有能够适应不同基体表面形状的特殊优点．因此,喷涂表面是热管技术和蒸发器强化沸腾传热的一种有效方法．     

考虑火焰辐射的大空间建筑火灾中钢构件升温实用计算方法

对基于集总热容法建立的钢构件热平衡方程进行了参数分析,发现在火焰辐射下对钢构件升温有影响的参数有：大空间建筑火灾中烟气的升温历程和烟气最高升温、火焰面与其正上方钢构件表面微元间的角系数、受火焰辐射钢构件有效表面积系数以及钢构件的形状系数。建立了包含这些影响参数的火焰辐射下钢构件升温典型曲线的数学表达式,通过对精确结果进行拟合,得出了火焰辐射下钢构件升温计算式的待定系数,从而得出大空间建筑火灾中火焰辐射下钢构件升温的实用计算式,该实用计算式避免了直接利用钢构件热平衡方程计算火焰辐射下钢构件升温的繁琐,同时与精确计算的结果吻合程度较好,便于工程技术人员在大空间建筑钢结构抗火设计中应用。     

卫燃带对着火和燃烧稳定性影响的分析模型

建立了判断煤粉气流稳定着火的着火热模型及热平衡模型,并据此分析了卫燃带对煤粉气流燃烧稳定性的影响,结果表明:敷设合适面积的卫燃带能够减小煤粉火焰向水冷壁的辐射传热量,提高燃烧器附近区域内的烟气温度,在低负荷时能够保证入炉煤粉气流获取足够的着火热量,使煤粉火焰维持在稳定着火燃烧的热平衡状态。为进一步改善锅炉对煤种、负荷变化的适应性,提出了可调卫燃带的概念。     

三源一体膨胀阻燃剂的合成及其在苯丙乳液中的应用

以三氯氧磷、季戊四醇、三聚氰胺为原料,采用分步反应的方法制备了"三源一体"的膨胀型阻燃剂,以红外光谱对其结构进行了表征,并将其应用于苯丙乳液涂层。阻燃测试结果表明该膨胀型阻燃剂对苯丙涂层有着很明显的阻燃效果,当苯丙涂层中阻燃剂质量分数分别为19%和28%时,水平燃烧测试分别达到FH-3级和FH-1级,垂直燃烧测试分别达到V-2级和V-1级,并且在50kW.m-2功率条件下的锥形量热仪试验中形成炭层,使得苯丙涂层的峰值热释放速率从740kW.m-2分别下降到400和310kW.m-2。