薄膜结构的气弹动力失稳临界风速

笔者采用解析方法研究了三维薄膜结构的气弹失稳临界风速。首先应用薄壳的无矩理论建立了薄膜结构的动力平衡方程 ;随后假设来流为均匀的理想势流 ,考虑流固耦合作用 ,采用不考虑流动分离和考虑流动分离两种气弹模型应用流体力学中的势流理论 ,并参考空气动力学中的薄翼型理论 ,确定了作用于薄膜表面的气动力 ,得到了两种模型情况下薄膜结构的气弹动力耦合作用方程 ;进而利用Bubnov Galerkin方法将此耦合作用方程转化为一常系数二阶微分方程 ,并根据Routh Hurwitz稳定性准则确定了薄膜的失稳临界风速 ;最后通过对临界风速的影响因素进行分析并对两种模型得到的结果进行比较 ,得到了一些重要结论。     

薄膜结构在动风荷载下的安全性能分析

从理论和实践两方面对薄膜结构在风荷载下的安全性能进行了研究。根据随机过程理论 ,用计算机模拟生成具有空间相关性的风场。发展建立了膜结构几何非线性动力响应问题的有限元公式 ,并以此为基础对一具体的膜结构进行了动力时程响应分析。通过观察膜结构在不同风速下的位移时程曲线 ,笔者发现 :当外界风速小于一定的临界风速时 ,结构的位移响应会逐渐趋于稳态 ,结构的振动逐渐趋于稳定 ,这时结构是安全的 ;当外界风速超过或接近临界风速时 ,结构的振幅会逐渐增大 ,膜结构将可能发生驰振损坏。进而提出了通过增大膜内预应力或提高膜曲面的曲率来防止膜结构风振破坏的方法 ,并指出了在设计和施工中为保证膜结构的风振安全应当采取的措施。     

纵向风作用下竖井自然排烟对隧道内烟气逆流长度的影响

为了研究纵向风作用下隧道内竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响,采用数值模拟的方法,建立了不同竖井高度的全尺寸隧道模型。并选取无竖井排烟的工况作为对照组,模拟不同火源功率下,改变竖井与火源纵向距离时竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响和竖井排烟失效临界风速的变化。结果表明:当纵向风风速较小时,竖井对烟气逆流起抑制作用;随着风速增大,烟气逆流被控制在竖井近域范围内,竖井对烟气逆流的抑制作用减弱;当风速足够大时,烟气逆流将被完全限制在竖井下游,此时竖井排烟作用失效,且对纵向通风气流起到分流作用,烟气逆流长度反而变长。在此基础上,提出了竖井排烟失效临界风速的概念,竖井排烟失效临界风速随竖井高度增加而增大。     

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。     

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。     

青藏铁路临界翻车风速研究

分析了青藏铁路沿线不同季节大风平均风速、最大风速和超过8级风天数。由于空气密度随海拔上升而减小,大风对铁路运输安全的影响与低海拔地区差异较大。笔者利用车辆动力学原理建立了列车的临界翻车风速模型,研究了高寒铁路不同海拔地区和冻土地区的临界翻车风速。研究结果表明:青藏高寒铁路临界翻车风速随海拔升高而增大,而随冻土路基病害出现而降低的规律。参考英、日等国大风标准,结合青藏高原的特点,根据危险翻车风速和临界翻车风速,首次提出青藏高原铁路海拔4000m地区安全行车标准。     

分岔隧道火灾火源位置对临界风速影响的数值模拟分析

为探究分岔隧道火灾火源位置对临界风速的影响规律,使用数值模拟方法对火源位于分岔隧道分岔口前和分岔口后的火灾场景下的临界风速进行研究.研究结果表明:火源位于分岔口后的主隧道时,临界风速明显大于火源位于分岔口前的临界风速;在一定范围热释放速率下,分岔隧道临界风速与热释放速率的1/3次方成正比;在分岔隧道模型中,相同热释放速...     

热荷载与风荷载作用下点式支承玻璃的破裂行为规律

在高层建筑火灾中,玻璃幕墙的破裂受到环境风和室内火灾的共同影响。研究了600 mm×600 mm×6mm的浮法玻璃幕墙在点支承安装方式下受到热辐射荷载和风荷载情况下的响应规律。分析了不同工况下玻璃表面的温度变化、风荷载的大小与玻璃破裂时间的关系、玻璃破裂与温差之间的关系、玻璃裂纹扩展及其与风速之间的关系。结果表明在玻璃两侧分别受到热辐射和风荷载共同作用时,风荷载的增加会加速玻璃的破裂。研究结果可为玻璃幕墙的工程应用提供技术支撑。     

坡度对跨座式单轨隧道临界风速的影响

为研究不同坡度隧道在大功率火源情况下的烟气运动,采用1∶20的缩尺隧道模型,通过试验对不同坡度情况下(-6%,-3%,0%,3%,6%)的大火源功率火灾(20,50 MW)时的隧道纵向通风临界风速进行研究。结果表明:0%坡度时,20 MW和50 MW的临界风速相差不大;有坡度时,逆坡送风的临界风速大于顺坡送风的临界风速。根据试验结果拟合得出大火源功率(20,50 MW)条件下坡度为-6%至6%时的临界风速与坡度的关系,并对前人提出的坡度与临界风速的关系式进行修正。     

隧道坡度对临界风速影响的数值研究

临界风速即隧道火灾过程中能有效控制烟气于火源下风方向而不发生逆流的最小纵向通风风速,是隧道火灾烟气控制的关键所在.根据国内外的研究结果,临界风速与火灾规模、隧道规模以及断面形状等因素有关.在坡度隧道中,由于坡度的作用,使得坡度隧道临界风速与水平隧道有着一定的差别.利用火灾动力学模拟软件(FDS)对隧道坡度在0°～10°变化时上坡隧道与下坡隧道所对应的隧道临界风速进行数值模拟分析,研究分析了隧道坡度对隧道临界风速的影响规律.     

点式离子感烟火灾探测器迟滞时间的实验研究

点式感烟探测器是目前民用建筑中最为广泛使用的火灾探测设备,其中离子感烟探测器是一典型的点式感烟探测器,迟滞时间是反映点式感烟探测器对环境变化跟随性的指标.影响迟滞时间的因素很多,目前对这一问题尚缺乏完备的理论体系.本文对迟滞时间模型进行了简化研究,并且主要通过在FE/DE实验台上的实验,对常用的离子感烟探测器对四种标准火火源不同风速条件下的迟滞时间进行了研究与分析.     

古商业街木结构建筑防火间距的数值模拟研究

古商业街木结构建筑较多,防火间距先天不足,发生火灾后蔓延迅速,有必要开展木结构建筑引燃特性研究以获得合理的防火间距设置参数。以古商业街为研究对象,以临界温度和热辐射强度作为着火建筑对面木结构建筑被引燃的判定指标,综合考虑环境风速、建筑间距、火源功率、喷淋系统等因素,运用火灾动力学模拟软件FDS分析系列火灾场景下的温度和热辐射强度特性,建立防火间距与火源功率、环境风速的关系式,获得适用于古商业街的防火间距控制参数及其相应的消防强化措施。结果表明:当建筑间距在3 m以下时高温引燃和热辐射引燃共同作用引燃正对面建筑,当建筑间距在3 m以上时以热辐射引燃为主;正对面建筑表面的热辐射强度先随环境风速增大而增大,达到最大值后随环境风速增大而减小;古街木结构建筑之间存在最小防火间距,该数值不受环境风速影响,仅与火源功率有关,在火源功率为3 MW～20 MW条件下,最小防火间距与火源功率满足线性关系。     

有风条件下火灾自然排烟的临界失效风速分析

采用双区模拟思想对有风条件下室内火灾自然补气、自然排烟过程进行分析。引入"总风压系数"和"临界失效风速"的概念,并将其作为评价外界环境风对自然排烟过程影响程度的判定参数。总风压系数非负时,外界风的存在将提高自然排烟的效果;总风压系数为负时,外界风的存在将降低自然排烟的效果,甚至使自然排烟失效。通过对排烟口内外压差以及气体流动进行分析,发现临界失效风速正比于总风压系数绝对值的-1/2次幂,并给出了不同条件下自然排烟临界失效风速的计算方法。实际采用自然排烟方式进行火灾排烟时,应尽量避免出现总风压系数为负的情形,以防止自然排烟的失效。     

隧道并行输气管道爆炸对邻管的冲击效应分析

针对隧道内输气管道泄漏发生爆炸对相邻管道的潜在威胁,基于泄漏率的求解,得到爆炸气体的扩散分布规律,确定蒸气云爆炸的TNT当量;利用LS-DYNA有限元软件建立隧道并行输气管道爆炸模型,分析在不同的泄漏尺寸、爆心距和风速下,邻管对爆炸冲击的动力学响应。基于峰值振速的经验公式的验证,表明所采用的管隧模型的可行性。结果表明:在内压和爆炸荷载的共同作用下,隧道内管道的等效应力和速度会出现多个峰值,有别于开敞空间的爆炸规律;泄漏尺寸越小、爆心距和风速越大,管道的动力响应越小;相比爆心距和风速,管道的动力响应峰值对泄漏尺寸的变化更敏感。研究成果可为管隧结构在极端情况下的事故预防和维护抢修提供理论指导。