复杂通风网络总风阻快速计算方法

为了快速计算通风网络总风阻和当通风网络中安装多台风机时各风机所承担的总风阻,将通风网络中安装风机的分支设置成固定风量分支,利用通风网络回路阻力平衡定律构建通风网络所有独立回路阻力平衡方程;在这组方程中,存在一组含固定风量分支的方程,其中的每个方程所对应的回路总阻力不为0,该回路总阻力需要用安装在每个固定风量分支上的风机所提供的风压才能抵消,使之归零;该组方程可用于求解通风网络总风阻和当通风网络中安装多台风机时各风机所承担的总风阻。结果表明:1)当通风网络只安装1台风机时,通过将打算安装风机的分支设为固定风量分支,可求出当风机安装在该分支时所承担的总风阻,该值与风量无关;对于同一个通风网络,安装风机的分支不同,所对应的总风阻也不同;2)当通风网络中安装多台风机时,通过将安装风机的所有分支均设置为固定风量分支,可求出各风机所承担的总风阻;此时,1台风机所负担的通风网络总风阻与风机数量、各风机的输出风量和安装位置相关。计算总风阻时,只要解算一次通风网络,依据回路阻力代数和不为0的回路,即可求出通风网络总风阻或多台风机各自所承担的总风阻。     

地铁停车线区域通风排烟模式研究

为明确复杂结构、多排烟系统联动作用下,地铁停车线区域火灾烟气扩散特性,优化停车线通风排烟策略,针对广州某停车线区域开展了火灾现场实验和数值模拟研究。首先,基于全尺寸火灾试验结果,获取停车线区域典型火灾场景下的烟气扩散和沉降特性,并测量停车线区域不同通风模式下的气流流速;随后,运用数值模拟方法对比多种排烟模式下的烟气控制效果,并分析隧道风机和射流风机排烟风量对烟气扩散特征的影响形式。研究结果表明：自然通风场景下,火灾烟气起火后180 s内即可进入区间隧道及配线隧道,而启动隧道风机排烟可以减缓烟气扩散速率和沉降速率,但隧道风速未达到临界风速时,无法控制烟气向外扩散;隧道风机排烟组合区间射流风机向停车线送风的工作模式是停车线区域最佳排烟模式,建议隧道风机采用2台60 m³/s风量风机,射流风机采用2台30 m³/s风量风机,可同时降低停车线区域、区间隧道及配线隧道区域的烟气扩散和沉降速率,延长各区域可用疏散时间。研究结果可用于指导停车线风机选型及排烟模式设计,提升停车线区域火灾烟气控制能力。     

长距离掘巷局部通风计算风筒中风量风压的一种新方法

长距离掘进巷道通风时风筒进风口和出风口会有大的风量差和风压差。为了选择合理的风机通风,需要研究风筒中风量、风压的变化规律。常规方法是利用经验或实验得到风筒接头平均漏风量,从而计算进风口的风量和风压。但对于长距离通风且每段风筒较小时该方法所计算的参数偏小,会对风机选型造成误差。本文另辟蹊径,根据风量、风压平衡定律,按照非连续性通风网络模型推导出了进风口的风量、风压与出风口处的关系,并给出了简化的近似关系,作为风筒通风参数计算的新方法。结合具体实例,发现参数近似值与精确值高度相似,说明可以利用近似关系进行计算,简单方便;同时比较了按新方法和常规方法计算的风筒进风风量和通风阻力的差异,结果表明长距离掘进巷道的风量风压按新方法计算更为科学。     

下行风流火灾管道试验与烟流动力特征研究

为了明确矿井巷道通风量及角度变化对火灾的影响规律，运用矿井火灾管道试验平台及各种传感器数据采集系统，开展下行通风火灾的管道相似模拟试验，得到在不同通风机动力和巷道倾角下巷道风量、各测点温度随时间的变化规律，对下行风流火灾时的风流紊乱状态有了进一步认识。结果表明，火灾时燃烧温度迅速到达顶峰后温度衰减速度随风量增大而加快，巷道火灾高温区域随着巷道风速增大而向火源下风侧移动。增大巷道倾斜角度，火风压作用增强，通风系统稳定性降低，更容易发生烟流逆退现象。在下行通风试验中，存在一个使火风压与通风机动力大小相等方向相反的临界风速。矿井火灾烟流是否产生逆退现象与通风能力有关，通风能力越强，巷道风流克服火区阻力、保持原状态的能力越强。     

风机横向布置间距对公路隧道污染物分布的影响研究

隧道内风机布置方式对通风效率和汽车尾气净化有显著影响,为了优化隧道顶部风机横向布置,提高隧道通风效率,改善隧道内的环境质量,有效节约隧道运营通风能耗,利用计算流体软件Fluent,建立公路隧道射流通风模型,开展不同风机横向布置间距隧道内流场和污染物分布的三维数值模拟,分析隧道内流场分布、纵向CO质量分数分布和不同截面CO质量分数分布特征及规律。结果表明:风机横向布置间距对隧道内的通风和净化除尘效果都有一定的影响,流场分布与污染物分布规律相似;在风机横向布置间距为3倍风机直径时,升压折减系数为0.6154,达到最大值,此时隧道内的流场分布和污染物控制效果较好;因此,在进行风机布置时,建议将风机横向布置间距确定为3倍风机直径。     

角-并联变换法解算简单角联网络研究

在解决简单角联网络的风量分配、风阻风压计算等问题上,很少有比较简便的方法。提出了角-并联变换法,实质是将简单角联通风网络简化为简单并联网络,即将具有共同风量的分支分解为2条或几条具有等值风阻的分支巷道;然后采用BFS法(由Broyden、Flether与Shanno提出),基于MALAB编程解算变换后的网络各项通风参数,并分析等效变换精度。对解算结果的对比分析发现,运用此法求解矿井复杂风网的实算结果与Scott-Hinsley(斯考德-恒斯雷法)所得结果一致,而且更准确,表明角-并联变换的理论和方法是正确的。与传统方法相比,该方法可避免建立复杂的数学方程,在计算机上即可完成全部解算过程,除适用于解算简单角联通风网络外,也可应用于其他相关领域。     

矿井气候多参数预测与通风网络自动解算算法研究

为了对受矿井气候影响的通风网络进行自动解算,并能在实际矿井中应用,提出了一种快速的通风网络自动解算算法。矿井气候对通风网络的影响体现在自然风压上,首先对影响自然风压的温度参数进行预测,在不考虑自然风压的前提下进行解算,以此结果为基础,根据热交换原理计算出通风网络各分支节点的温度;然后对相关变量:压强、密度、自然风压、通风阻力相互关系推导为只含有压强这一变量的函数;最后对含有自然风压的矿井通风网络迭代计算。实验结果表明:该算法实现井下各节点密度和压强的预测和含有自然风压的矿井通风网络自动解算。     

地铁单面坡隧道列车火灾通风模式研究

针对地铁单面坡隧道连续下坡距离长、提升高度大的特点，以国内某城市地铁线路为研究对象，构建列车火灾通风排烟数值计算模型，并采用1:20模型实验对数值计算精确度进行验证，通过考虑列车起火位置、风机开启模式和隧道断面形式等因素，对火灾烟气扩散过程、疏散平台上方烟气温度和气体浓度进行分析。研究结果表明:列车起火后，单洞单线隧道2端车站应各开启2台隧道风机，单洞双线隧道除开启射流风机外，2端车站应各开启4台隧道风机执行相应的排烟和送风模式进行烟气控制；由于单洞双线隧道中热损失和空气卷吸量较大，火灾烟气温度、CO和CO2浓度均低于单洞单线隧道；采用纵向通风控制烟气逆流的同时，下风向区域的烟气沉降作用较为明显，防排烟设计中应充分考虑列车中部火灾下风向车厢区域的危险性，合理确定应急响应模式。     

扰动法在风网解算中的应用研究*

为简化矿井通风复杂风网的解算,提出将扰动法引入到风网解算中,并介绍扰动法的原理、风网解算的基本定律;给出常见的固定风压、固定风量和给定风机性能函数3种风机工况下的扰动方程矩阵表达式及详细的计算过程;对所提风网解算方法进行实例验证。结果表明:扰动法作为固定运算次数的近似方法,在工程实际允许的误差范围内,相比于以牛顿法为代表的迭代法耗时少、不依赖初值,是1种简单实用的风网解算方法。     

基于.net的公路隧道风网解算可视化软件开发

长大公路隧道常见的通风方式有纵向式通风、半横向式通风和横向式通风，其中，半横向式通风和横向式通风及多竖（斜）井纵向式通风的传统计算方法较为复杂。基于．net环境的C#面向对象编程语言，应用矿井通风网络解算中较为成熟的Scott—Hinsley回路算法，在考虑了自然风压、尤其是交通风压对隧道通风网络的影响之下，设计开发了公路隧道风网解算可视化软件，并通过实际工程的实例计算，表明该软件具有计算量小、使用方便的特色，     

不同隧道坡度下射流风机临界风速研究

为研究隧道坡度对射流风机临界风速的影响，通过理论分析与数值模拟，采用全尺寸隧道模型和5种不同火源功率，考虑0%，±1%，±3%，±5%，±7% 9种不同隧道坡度，研究隧道坡度对射流风机临界风速的影响规律。结果表明:坡度对射流风机临界风速有较大影响。在射流风机与火源纵向间距不小于100 m情况下，即其临界风速与火源纵向间距无关；当上坡时，其临界风速与火源功率的1/3次方成正比，坡度越大，临界风速越小；当下坡时，其临界风速与火源功率的1/3次方成正比，坡度（绝对值）越大，临界风速越大；对数据结果进行拟合，得到上坡与下坡时的射流风机临界风速模型，并与模拟结果取得了较好的一致性。     

火源功率与隧道阻塞比对临界风速变化规律影响研究

临界风速是隧道进行通风排烟设计的重要参数,为了研究火源功率、隧道阻塞比对临界风速变化规律的影响,采用PyroSim火灾动力学模拟工具与经验公式对比分析的方式。建立隧道缩尺寸模型,并对模型网格尺寸划分进行可靠性校验,发现网格尺寸为火源特征直径的十分之一时最可靠。结果表明:模拟临界风速与理论临界风速相吻合,临界风速随火源功率的增加而增大,当火源功率大于某范围时,临界风速开始趋于稳定;临界风速受到列车对隧道阻塞作用的影响,临界风速随着隧道横截面阻塞比的增加而呈线性减小,在阻塞比达到40%时,临界风速趋于稳定。     

纵向风对隧道火灾拱顶最高温度及其位置的影响

研究了燃烧风洞内不同纵向风速、不同火源功率条件下,隧道近火源区顶部温度沿纵向分布情况。结果表明,纵向风对不同尺寸火源条件下的顶部温度的影响呈不同特征。对较小尺寸火源,隧道顶部温升随风速增加而减小至稳定值;而对较大尺寸火源,顶部温升随风速增加先增加后减小。对于矩形火源,当纵向风较小(0.5~1.5m/s)时,长边平行于纵向风时顶部最高温升大于长边垂直于纵向风的情况;而当纵向风较大(≥2 m/s)时,两种油盘放置方式的顶部最高温升一致。纵向风作用下,顶部最高温升位置向下游呈现"两次移动"特征,即随着纵向风速增加该位置先向下游移动,当风速达到某一值时,隧道拱顶的加热机制由对流和辐射共同主控转变为辐射单独主控,最高温升位置突变回到上游后再次逐渐向下游移动。     

长大区间隧道抽出式串联通风机排烟能力实验研究

为实现有效通风以降低隧道火灾带来的损失和伤亡,依托青岛市地铁8号线大洋站至青岛北站区间隧道,建立线性比尺为1∶15的隧道通风排烟模型实验系统,针对通风机串联单抽,围绕3种通风机频率匹配组合,测定单机的变频频率值、电功消耗、排烟道与行车道的断面平均风速以及右侧行车道静压。研究结果表明：在相同功率消耗下,不同频率匹配的串联通风机排烟效果存在差异;针对此差异,利用气体挡烟墙性能及其计算欧拉数值比较发现,风井近端的通风机频率较大时,下游对污染气流的抵抗力更强,拥有更好的排烟效果。研究结果可为隧道火灾提供更有效率的防灾救灾数据支持,并从欧拉数方面为研究隧道临界风速提供新角度。     

矿井巷道火灾烟流逆退数值模拟及临界风速研究

为了研究矿井发生火灾后高温烟流的蔓延规律及影响因素，利用COMSOL软件对火区进行数值模拟，建立巷道三维模型，得到火区风流速度与温度分布。通过改变边界条件，分析火风压作用下，火区烟气在不同控制风速、巷道条件作用下蔓延规律，得出不同因素与临界风速的关系，为选取合理的火灾控制风速提供理论依据。研究结果表明:火源温度一定时，巷道入口风速越低，火源下风侧高温烟流越靠近巷道顶部，随着风速增大，向巷道下部蔓延；风速较低时，在火区火风压的作用下，会产生烟流逆退现象，随着风速的增大，逆流层长度和厚度随之减小；巷道入口通风条件不变时，火区温度越高越容易产生烟流的逆退，影响范围越大；巷道高度越高、上行风坡度越小，越易发生逆退现象；不同影响因素与巷道平均温度不成正比关系，其中下行风坡度5~15°时巷道平均温度较高且易于发生烟流滚退现象，影响范围较大；火源温度、巷道条件与临界风速的数据拟合结果对预测巷道的临界风速有较好的参考价值。     

基于场、网模拟的地铁隧道火灾控风模式分析

为全面定量分析地铁火灾情况下人员疏散过程,基于网模拟和场模拟对地铁火灾环境的适应性,分析列车着火并滞留在隧道的不同控风方案的可行性,以天津1号线下瓦房站至南楼站之间的隧道为例,用网模拟技术模拟出隧道内风流状态,为场维模拟提供边界条件。以网模拟得出的火源相邻分支风速2 m/s为边界条件进行场模拟,得出的结果表明,列车车头着火并滞留在隧道中,人员在6 min的安全疏散时间内,从着火隧道经联络通道向相邻隧道疏散的情况下,着火隧道推拉式排烟,相邻隧道对送风为可行通风模式。     

纵向风和阻塞比对隧道双火源温度分布的影响*

为研究城市公路隧道内纵向通风和障碍物对双火羽流行为的影响,采用数值模拟方法分析双火羽流纵向烟气温度变化规律。研究结果表明:随着风速的增加,顶棚下方最高温度不断降低,烟气逆流现象逐渐减弱至消失;随着阻塞比的增加,下游火源一直向下游倾斜,而上游火源逐渐由向下游倾斜转变为向上游倾斜;基于流体力学理论,引入阻塞比修正无障碍物时的弗劳德数,进而建立适用于隧道内有障碍物的双火羽流顶棚最高温升分段预测模型,研究结果可为隧道火灾防治提供基础数据和理论参考。     

复杂矿井通风系统分支阻力可调性数值研究

笔者应用数字实验方法 ,通过调节分支阻力 ,研究它对通风系统的影响。研究结果表明 :当一些分支的阻力调到接近完全隔断风流的极大值时 ,网络分析结果仍然正常 ,不影响迭代技术 ;同样也说明了分支阻力预先输入的可行性 ;各分支阻力的变化对通风系统的影响程度是不一样的 ,这由分支在通风网络中的位置决定 ;通过分析 ,给出了通风系统中两风机的相互影响的情况。     

螺旋隧道火灾特性小尺寸实验研究

为探明螺旋隧道火灾特性,防止人员高温伤害,基于Froude准则,搭建比例1∶67的小尺寸螺旋隧道实验模型,采用模型实验方法研究不同坡度和不同风速下螺旋隧道火灾温度分布规律及烟气蔓延特性。研究结果表明:低坡度条件下,螺旋隧道内高温区以火源为中点呈对称分布状态;随着坡度的增加,隧道内高温区逐渐向下游延伸,火源处拱顶下方温度呈现先增大后降低再升高的变化规律;无论是自然风还是机械纵向通风,新鲜冷空气的吹入对隧道温度的降低起到主导作用,且风速越大,温降幅度越大;随着隧道坡度和自然风速的增加,火羽流由竖直狭长型转变为燃烧不稳定的大截面火焰,同时坡度增加抑制了火灾烟气逆流,促进了烟气向火源下游的蔓延速度,大大提高了排烟的有效性,减少人员伤害。