井巷风速单点测试方法及其可行性研究

利用一点风速快速准确获得巷道平均风速是实现矿井通风智能监测监控的关键技术。针对该技术中的核心问题(断面平均风速ū与该断面任意点风速u的关系),采用理论分析与实验验证相结合的方法进行了研究,提出了巷道平均风速单点测试方法;为确保该方法的可行性,研究过程考虑了风速大小、巷道形状、粗糙度、湍流发展程度等影响因素。理论研究表明,充分发展的圆管湍流中,ū与u近似服从正比关系,且在很宽的风速范围内,比例系数k可视为定值。实验结果表明,非圆管、非充分发展湍流中,u与ū仍满足近似正比关系,与理论分析结果相吻合;比值k与断面所处的流动环境及测点在断面内的位置有关;同一断面内任意两点的风速之比近似为定值;理论分析结论在巷道湍流环境中具有可行性。据此给出了单点测风方法的基本步骤及比例系数k的失效条件。     

基于LDA的矩形巷道测风站风速测定与校正实验研究

针对传统接触性瞬时测风方法未能体现风流脉动性及随机性的特点,在15组不同断面平均风速下,采用非接触式湍流测试手段激光多普勒测速仪（LDA）,对测风站巷道断面中垂线上24个测点的风速进行测试。实验表明,断面测点瞬时速度时间序列极不规则,但速度大小服从正态分布,具有规则的统计规律。基于湍流统计平均后,测风站断面某点的测点风速与断面平均风速呈线性关系,经验证,通过校正系数,可根据断面任意一点风速值来确定断面平均风速的大小。研究表明,LDA测量技术可以精准测试巷道流场的湍流特性,基于统计平均的结果为井下测风站风速传感器的校正提供一种新的技术途径。     

基于LDA的均直巷道断面风速分布规律实验研究

针对传统井下测风方法以及传统接触式流速测量方法的局限性,以矩形均直巷道断面风速实验测试为例,利用非接触式测试技术激光多普勒测速仪（LDA）对断面风速进行实验测试。实验表明:在平均风速为3m/s左右的均直巷道内的稳定流动下,断面风速分布近似呈矩形环状封闭波动曲线,测点风速具有极度的脉动现象,但测点速度大小服从正态分布。在不同断面平均风速下,断面轴线上风速分布均近似服从指数函数形式。研究表明,LDA测试技术能够较好的反映实验巷道流场风流湍流脉动特性,可以作为研究矿井通风一系列复杂流动的实验手段。     

突扩巷道模型风流态的LDA与PIV联合测试

针对传统的接触式瞬时速度测量方法的局限性,采用非接触测量技术激光多普勒测速仪(LDA)及粒子成像测速仪(PIV)对平直巷道及断面突扩后风流状态进行试验测试。在巷道试验模型条件下,PIV技术可以瞬时获得巷道突扩流场信息,平直巷道速度流线基本呈平滑直线,突扩隅角有大涡存在,并且涡流区测风方向极不稳定,而且风速很低,风速平均值在0.1~0.2 m/s波动,表明在煤矿井下测风时可以有条件地忽略涡流区。LDA技术测试得到巷道断面各点统计平均流速,由于受突扩涡流及二次流的影响,平直巷道断面风速从壁面以跃迁方式"突变"达到均值,断面风速分布呈近似均等的动态波浪线分布而非准抛物线型分布。结果表明,LDA与PIV测量技术联合应用可以测试以湍流为特征的巷道流场风流变化情况。     

矿井巷道风流平均风速分布规律的试验与模拟研究

为探究巷道断面平均风速分布规律,准确测定风速大小,利用激光多普勒测速仪(LDA)进行测试试验,并通过Fluent数值模拟方法研究矩形、半圆拱和梯形巷道断面的风速分布特征。试验表明,风流质点速度呈湍流随机脉动特性,但服从正态分布。就瞬时风速而言,巷道断面平均风速分布环状曲线为不规则波浪形式;Fluent模拟表明,巷道风流充分发展的断面上的平均风速分布与通风风速大小无关,仅与巷道断面形状有关。基于统计平均的试验结果与Fluent数值模拟结果吻合较好,进一步说明,可以在巷道断面平均风速分布点位布置测点,考虑风流脉动影响,将该测点风流各态遍历周期内的速度统计均值作为巷道断面平均风速,无需系数校正。     

突扩巷道流场风流分布特征的PIV实验研究

针对传统接触式瞬时速度测量方法的局限性,采用非接触测量技术粒子图像测速仪（PIV）获得了突扩巷道流场纵向截面风流分布特征。实验表明:瞬态风流分布“瞬息万变”,而时均流场中,突扩前平直巷道时均速度流线基本呈平滑直线,突扩后上下隅角有大涡存在,但呈现不对称分布,并且涡流区内风流方向极不稳定,且风速值相对于主流风速很低,约在-0.6~0.6 m/s之间波动,表明在煤矿井下测风时可以有条件地忽略涡流区;受突扩大涡湍流脉动影响,风流在距离突扩界面150 mm处开始呈现上扬趋势,突扩断面纵对称轴上风速分布峰值拐点发生了震荡性偏移;当下隅角回流区结束后,风速分布峰值拐点渐渐下移并逐渐呈现对称趋势,回流区内断面风速整体呈现出“Ω”型分布形式。为井下更为复杂的风流湍流流动研究提供了实验理论基础。     

突扩巷道流场风流分布特征的PIV实验研究北大核心CSCD

针对传统接触式瞬时速度测量方法的局限性,采用非接触测量技术粒子图像测速仪(PIV)获得了突扩巷道流场纵向截面风流分布特征。实验表明:瞬态风流分布"瞬息万变",而时均流场中,突扩前平直巷道时均速度流线基本呈平滑直线,突扩后上下隅角有大涡存在,但呈现不对称分布,并且涡流区内风流方向极不稳定,且风速值相对于主流风速很低,约在-0.6~0.6 m/s之间波动,表明在煤矿井下测风时可以有条件地忽略涡流区;受突扩大涡湍流脉动影响,风流在距离突扩界面150 mm处开始呈现上扬趋势,突扩断面纵对称轴上风速分布峰值拐点发生了震荡性偏移;当下隅角回流区结束后,风速分布峰值拐点渐渐下移并逐渐呈现对称趋势,回流区内断面风速整体呈现出"Ω"型分布形式。为井下更为复杂的风流湍流流动研究提供了实验理论基础。     

梯形巷道平均风速分布特征的数值与实验研究

为实现矿井巷道内风量的准确监测,基于3D数值模型,对梯形截面巷道内平均风速的分布规律进行了数值分析,并通过实验研究对模拟结果进行对比验证,同时在不同断面尺寸及不同通风风速条件下,数值分析了梯形巷道内紊流充分发展截面上平均风速点的分布特征。结果表明:平均风速分布呈现环状连续分布,数值结果与实验结果符合良好;梯形截面上平均风速点的分布与通风风速无关,仅与巷道截面特征和参数有关;得到了梯形截面平均风速分布曲线在巷道顶部的特征方程。     

采用全高非封闭式屏蔽门地铁车站站台速度场的测试和分析

在沈阳地铁二号线世纪广场站的站台层设置多个测点,利用多通道热球式风速仪进行站台层风速的测试,分析站台两端、扶梯口及站台中部各断面速度场的变化规律。测试结果表明,对于北方严寒地区采用全高非封闭式屏蔽门地铁车站,受列车活塞风影响,列车进出站时站台各测点最大风速瞬时可达到3.7m/s,站台平均风速不超过2.5m/s,活塞风持续时间200s,地铁站台的风速可以满足规范的要求,活塞风可以对站台起到辅助通风的作用。     

浮力羽流低风速的多点实时测量

作者发展了一种浮力羽流低风速的多点实时测量技术。测头端部安装耐热玻璃小球,直径0.8mm,球内装有热电偶和加热电阻丝,测头将风速转换为热电偶的电势。每支测头必须经过专用校准热风洞的单支校验。使用巡回检测系统记录多个测头的电位,得到流场各点风速的统计平均值,实现了低风速场的多点实时测量。本测量系统对火灾科学、环境科学和气象学的实验研究和实地观测是很有用的测量技术。     

Determination of turbulent burning velocities of dust air mixtures with the open tube method

Correlating turbulent burning velocity to turbulence intensity and basic flame parameters-like laminar burning velocity for dust air mixtures is not only a scientific challenge but also of practical importance for the modelling of dust flame propagation in industrial facilities and choice of adequate safety strategy. The open tube method has been implemented to measure laminar and turbulent burning velocities at laboratory scale for turbulence intensities in the range of a few m/s. Special care has been given to the experimental technique so that a direct access to the desired parameters was possible minimising interpretation difficulties. In particular, the flame is propagating freely, the flame velocity is directly accessible by visualisation and the turbulence intensity is measured at the flame front during flame propagation with special aerodynamic probes. In the present paper, those achievements are briefly recalled. In addition, a complete set of experiments for diametrically opposed dusts, starch and aluminium, has been performed and is presented hereafter. The experimental data, measured for potato dust air mixtures seem to be in accordance with the Bray Gülder model in the range of 1.5 m/s<u′<3.5 m/s. For a further confirmation, the measurement range has been extended to lower levels of turbulence of u′<1.5 m/s. This could be achieved by changing the mode of preparation of the dust air mixture. In former tests, the particles have been injected into the tube from a pressurised dust reservoir; for the lower turbulence range, the particles have been inserted into the tube from above by means of a sieve–riddler system, and the turbulence generated from the pressurised gas reservoir as before. For higher levels of turbulence, aluminium air mixtures have been investigated using the particle injection mode with pressurised dust reservoir. Due to high burning rates much higher flame speeds than for potato dusts of up to 23 m/s have been obtained.     

烟气流速对感烟火灾探测器性能的影响

针对列车等存在高速气流的特殊场所,利用火灾探测器综合模拟实验平台,实验研究了光电感烟与离子感烟火灾探测器在不同风速条件下的工作性能.实验结果表明:在以相同量的阴燃棉绳作为烟源条件下,光电感烟探测器随着周围气流速度的增大,其灵敏度急剧下降;而离子型感烟探测器的灵敏度受外界气流速度影响较小,在高速气流条件下依然保持较高的灵敏度,较适合在高速气流环境中工作.     

矿井定常湍流脉动对通风阻力测试影响的理论分析

受湍流脉动影响,矿井通风阻力测试结果的数值波动是不可避免的。为探究湍流脉动对通风阻力测试的影响程度,以压差计测阻法为例进行理论分析。根据阻力测定原理和能量方程,在定常圆管流动条件下,导出湍流脉动影响下倾斜压差计测量示值波动范围的计算表达式;理论分析测试巷道的断面尺寸和风速大小对数值波动幅度和测试精度的影响。结果表明,压差计示值的波动幅度与当地湍流强度及风速的平方成正比;巷道风速的量级是压能波动的主导因素,测试风速越大,液面数值涨落幅度越大,波动现象越明显;而数值波动幅度大不等同于测试精度低,小断面大风速巷道中易获得满意的测试精度而大断面巷道中无论风速高低均不易获得较高测试精度。为减小湍流脉动造成的通风阻力测试的随机误差,需在短时间内进行多次测试取统计平均结果,这在大断面巷道的阻力测试中尤为重要。     

运输设备对巷道火灾烟气流动的影响

为了研究运输设备对巷道火灾中温度场及烟气流动的影响,本文采用火灾模拟软件FDS考察了两种通风速度情况下运输设备对水平巷道火灾中烟气流动的影响,并将结果进行分析比较。结果表明:与空旷巷道相比,障碍巷道内的烟气沉降较快,运输设备会使得烟流在水平方向上的迁移加快,当其位于火源右侧时;与高通风速度的巷道相比,低风速情况下运输设备对巷道温度分布影响更明显,高温区集中分布在火源与设备之间;另外运输设备会对巷道内的气流速度分布产生较大影响,巷道局部一段区域内气流速度呈现分布不均的现象。     

特长公路隧道火灾烟气沉降特性对人员疏散影响的研究*

为研究特长公路隧道火灾烟气沉降对人员疏散安全的影响,通过数值模拟方法,对0,1.0,1.5 m/s和临界风速值4种不同纵向通风风速下隧道火灾烟气沉降特征进行研究,并分析不同风速下烟气沉降对人员疏散的影响。研究结果表明:在无纵向风时,烟气沉降现象较为明显,烟气下沉造成的不均匀烟气温度、能见度分布,提前终止人员疏散的进行;随着纵向风速的增加,沉降现象仍存在,但沉降点后移,对人员疏散的影响减小;在1.5 m/s的纵向通风条件下,火源下游500 m范围内烟气基本不发生沉降且能维持分层,此时几乎不影响火灾下游人员疏散。在实际应用中,火灾初期可先以1.5 m/s的分层风速值进行通风,待下游人员疏散后,再施加临界风速加快烟气排出。研究结果可为特长公路隧道火灾防治和疏散救援提供参考。     

筒仓和容器中紊流度及粉尘浓度测定

采用ＬＤＡ及特殊粉尘测试系统测定了ＲＭＳ紊流度、流速及粉尘浓度，在标准的１ｍ３容器和１２ｍ３筒仓中进行的实验表明，１２ｍ３筒仓中的粉尘浓度与１ｍ３的数值相同，而１ｍ３容器的ＲＭＳ紊流度竖直分量（经０．６ｓ，ＲＭＳ＝５ｍ／ｓ）比１２ｍ３筒仓的值约高出２．５倍；若采用机械喷粉，则紊流度约高出１０倍。     

青岛地铁超浅埋段爆破振动监测数据特征研究

为了更好地掌握超浅隧道爆破振动规律,以青岛地铁太延区间超浅埋隧道爆破振动为例进行了研究。在地表7层建筑物各层相同位置布置测振仪对爆破振速进行实时全面监测,通过对掏槽眼、辅助眼、周边眼爆破时单段最大起爆药量与实测振速关系的回归拟合,发现此隧道的爆破振动规律并不符合一般埋深隧道适用的萨道夫斯基公式,据此提出了临空自由面影响系数,得到了萨道夫斯基计算公式的修正拟合系数。修正后的萨道夫斯基公式可更好地反映3类炮眼爆破的实际振速衰减规律,该规律可为城市地铁类似隧道的爆破施工提供参考依据。     

大跨度公路隧道洞口段爆破对高边坡安全影响研究

为研究大断面公路隧道洞口段爆破开挖对边坡稳定性的影响，以某公路隧道洞口段工程为研究背景，基于Abaqus有限元软件，建立隧道—边坡三维数值计算模型，研究隧道洞口段爆破开挖对两侧高边坡安全性的影响，并分析砂浆锚杆对边坡的加固效果。结果表明:隧道洞口段爆破开挖施工时边坡坡脚处围岩振速最大，爆破对边坡水平振速影响较竖向振速及轴向振速更为显著，爆破时应控制坡脚及坡肩的水平振速；边坡坡面最大振速出现在洞口边坡坡面与仰坡坡面交线位置，边坡坡面与仰坡坡面交线上顶点为坡肩振速最危险的特征点，下端点为坡面振速最危险的特征点；增加锚杆长度对边坡水平位移的控制效果较竖向位移更为显著，锚杆长度宜取14 m。研究结果可为类似工程提供理论借鉴。     

快速接头内壁冲蚀规律的数值模拟分析*

为进一步改善快速接头受连续相作用易失效、内壁冲蚀磨损严重的问题,采用CFD软件中的Realizable k-ε湍流模型,对不同入口速度下的快速接头冲蚀磨损情况运用数值模拟方法分析,得到快速接头内部的流场分布及其冲蚀磨损情况。结果表明:快速接头的冲蚀主要集中在管径缩小段的大小管道交界处,且在管径突变处流体的压力、速度会发生明显变化。在粒径不变,其余变量恒定的情况下,入口流速越大,最大冲蚀速率随之增大;改变相同粒径颗粒的质量流率,可以看出最大冲蚀速率与质量流率呈正相关关系。模拟得到的不同入口速度、质量流率下在快速接头中的流动冲蚀规律,可对提高接头使用寿命、液冷散热器的平稳运行提供必要的参考。