均匀火灾温场下隧道管片受力分析

对于以盾构方式修建的地铁,其隧道管片是主要的受力构件。在以热辐射为主的火灾中,会形成比较均匀的温度场。由于管片受热均匀,整周管片内部将产生均匀的热力荷载,加之地应力荷载使其应力分布更为复杂。使用FLAC3D模拟在以热辐射为主的火灾中,管片应力分布和变化特征。根据温度不同材料性质不同的客观事实,在模拟过程中随温度升高实时调整材料参数,使模拟结果更加准确。分析结果表明:最大水平压力上升比较快,1000℃时其比最大竖向压力大30%。最大值的位置分别对称于经过隧道轴线的水平和竖直面。总位移在400℃后明显增加,最大位移一般在隧道左右两侧。     

基于ANSYS的热辐射应力分析

Ansys是常用的压力容器复杂工况的有限元分析软件,可以用来计算设备或者部件的结构应力和热应力。在计算温度应力时,首先应该确定热量的传递方式。在三种热传递方式:热传导,热对流,热辐射中,热传导和热对流可以直接调用ansys的分析模块进行计算,而热辐射不存在直接的计算方法。本文通过调用AUX12求解器模块,将存在热辐射的两个表面定义为辐射矩阵,通过超单元MATRIX50来实现定义辐射传热,从而解决了存在热辐射工况条件的设备的热应力计算。     

火灾中既有地铁车站混凝土结构温度分布的变化

为了研究既有地铁车站发生火灾时,其混凝土主体结构中温度的变化情况,以某地铁站主体结构为对象,使用FLAC3D对该地铁站进行了模拟,构建了火源产生的除混凝土结构外的热对流和热辐射叠加温度场.根据温度不同材料性质不同的现象,在模拟过程中随温度升高实时调整材料参数,使模拟结果更加准确.模拟了从4℃到1000℃期间的3个设定位置火源使结构温度场的变化.结果表明:在定量角度,车站各部分温度变化与火源温度变化存在一定的数值关系;定性得到,结构越连续,空间刚度越大,热能在车站混凝土结构中传播越快,温度分布越均匀.对该地铁站提出了一些应重点防护的位置.     

低温取芯过程热传递方式的数值模拟和实验研究

为了研究热量在低温取芯过程中传递的方式，以型煤为研究对象，使用自制低温取芯模拟装置，通过实验并结合数值模拟，对低温取芯过程热量传递方式进行研究，进而分析煤芯温度的变化规律。研究结果表明:甲烷的存在降低了煤样的热交换速率，使煤芯温度变化滞后于煤样罐壁温度变化；煤体内部温度分布存在差异，煤样中心轴线不同半径处的圆柱面构成变温过程的等温面，在降温过程，热量沿径向由煤样内部向外部传递，升温过程，热量沿径向由外部向内部传递；低温取芯过程热量传递同时存在3种方式:热传导、热对流，煤体表面与罐体内壁表面之间的热辐射，以热传导方式为主。     

严寒地区某斜拉桥冬季混凝土箱梁温度梯度试验研究

为了揭示严寒地区冬季温度梯度对混凝土箱梁的影响,笔者对绥芬河斜拉桥箱梁的初期运营阶段进行了全天候的温度测试。从理论和试验两个方面,验证并揭示温度是如何传递并影响箱形梁的,进而明确热传导、热对流、热辐射分别对箱梁的影响程度。为严寒地区混凝土斜拉桥设计时温度荷载的确定提供参考,也为以后箱梁温度梯度监测时间的确定建立科学依据。试验发现负温度梯度明显存在、实测温度梯度较小,满足中美两国规范的要求、冬季的温度梯度值远远小于夏季。建议今后对严寒地区斜拉桥的设计,主要应考虑辐射热大的夏天温度应力对箱梁混凝土的影响。     

矿山高温和高湿的危害及预防

矿井作业场所空气的温度、湿度和气流是矿井环境的气候条件。这种条件,主要产生于各种热源放出的热辐射。它可使周围物体温度增高,并直接或间接以辐射、对流、散热的方式作用于人体。当人体因新陈代谢产生的热量与人体散发到周围环境中的热量相等时,人体处于热平衡状态,人体温度正常,自我感觉舒适。若气温超过37℃,人体就要从空气中吸收热量,使人感到烦闷,严重的可引起中毒。针对矿井的特殊环境,《矿山安全条例》对温度作出了规定:“井下工人作业地点的空气温度,不得超过28℃。超过时,应当采取降温或其他防护措施。” 矿井产生高温裔汇的主…     

风力灭火机手防护服野外试验

风力灭火机手防护服是专为前线森林扑火队员研制的特种防护装备,通过穿戴试验和模拟火场试验证明其不仅穿戴简单、省时、舒适,穿戴后四肢能够自由活动,不影响扑火工作,而且在火场温度达到500℃的5 min时间内,防护服温度变化幅度较低,能够有效保护身体受热面,反热辐射能力比普通防护服效果好.     

基坑开挖引起邻侧盾构隧道开裂特性研究*

为探究基坑开挖导致邻侧既有盾构隧道出现开裂破损而带来的不利影响,采用地层-结构法与荷载-结构法相结合的计算方法,同时考虑内置钢筋对混凝土的加强作用,精细化地模拟基坑开挖影响下,非连续盾构管片结构接头处裂缝的扩展过程,揭示其开裂机制。研究结果表明:基坑开挖过程中,管片衬砌“横鸭蛋”变形模式决定了其开裂范围,即左、右拱腰附近为主开裂区;管片的裂损特征为纵向裂缝,初始裂缝由左、右拱腰外弧面逐渐向两侧接头处延展,右拱腰接头处裂缝扩展连接为沿厚度方向的环状裂缝。     

有风情况池火灾热辐射下的最小安全距离

防火间距是石油化工企业平面设计中的一个重要参数,开放环境下的火灾热辐射受大气稳定程度的影响.本文从计算流体力学角度出发,应用CFD(Computationsl Fluid Dynamics)软件Fluent,基于SCI爆炸火灾工程试验"Pool Fire A"的大气条件,对"有风情况下,直径为10 m的苯液池火灾"进行数值模拟,得出非绝热条件下,苯燃烧的峰温以及产物组分、池火灾对周围环境热辐射的空间分布.温度最高点在对称面y=0上,最高温度为1 478 K、火焰倾斜角度为32°(与竖直方向的夹角)、火焰高10.2 m.对于锰钢材料、内径为10 m苯储罐,2～3级风力情况下,相邻两储罐间最小安全距离在上风向为20 m,下风向为27 m.最后对模拟结果进行了分析.     

结构用钢(16Mn)恒载加温试验研究

利用WAW-1000微机控制伺服万能试验机对四大钢厂的钢材进行了182次恒载加温试验。荷载水平分为0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85共13个应力水平,温度为200℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃共8个水平。通过对总变形分离成荷载变形、膨胀变形、温度应力耦合变形三部分,以试验取得的数据进行回归,得到各变形的经验计算公式,并构建出该类国产钢材的应变-温度-应力材料模型和临界温度计算模型。根据该模型,当屈服应变已知时,可由临界温度计算模型反推出临界温度,为钢结构保护层厚度计算提供方便。此外,利用该材料模型可为钢结构抗火整体分析提供一定的理论支持。     

火场环境下无人机热损伤试验研究

无人机(UAV)逐步运用于火场搜救,但同时会因为火场高温而受损,为提高UAV在火场救援中的工作效率,设计一种UAV动态测试平台,开展UAV火场飞行试验;分析火场环境下UAV的热损伤情况,探究UAV在火场中的机身温度变化特征和UAV火场飞行安全距离。结果表明:火场热辐射和热对流是造成UAV热损伤的主要形式;旋翼产生的气流场对UAV机身有较为明显的降温效应,在试验工况下最高有25.6℃的降温作用;UAV与火焰的相对距离减少会增加机身的热损伤,在距离0.8 m处开始发生不可逆热损坏,试验工况下UAV火场飞行的安全距离为0.8 m。     

考虑火源位置的船舶机舱火-热-结构耦合研究

为准确分析真实火灾条件下的船舶机舱结构力学行为,克服传统标准温升法的缺陷,提出基于火灾动力学模拟器(FDS)和ANSYS的火-热-结构力学耦合分析方法;采用FDS仿真模拟真实火灾场景,获得近机舱内壁面处时变温度场信息,以此温度场信息为边界条件,传输到结构力学行为仿真软件ANSYS中,对机舱结构加载温度荷载并进行瞬态热分析,再对舱室结构开展热-力耦合计算,通过改变火源位置,研究船舱结构体在不同火源位置下的力学响应特性。结果表明:不同火源位置场景下机舱结构应力分布不均匀,当火源高度为2 m时,产生的最大温度应力为76 MPa;舱室结构防火安全设计应重点关注真实火灾情形下的非均匀受热。     

单轴应力对煤自燃特性参数和导热系数的影响研究

为探究单轴应力作用下煤氧化和传热特性，利用自制荷载加压煤自燃特性参数测定装置对炉体内长焰煤煤样进行程序升温。结合程序升温过程中煤临界温度Tc和Tg，对其进行阶段划分:阶段1为30℃~Tc；阶段2为Tc~Tg。计算了不同单轴应力下2个阶段煤表观活化能和平均耗氧速率。根据能量守恒得出程序升温过程煤导热系数随温度的变化，进一步分析煤导热系数与单轴应力的关系。结果表明:阶段1单轴应力为4 MPa时为临界轴压，煤表观活化能最大，平均耗氧速率最小；阶段2煤表观活化能和平均耗氧速率随单轴应力增大均呈抛物线变化，单轴应力为2.7 MPa时为临界轴压，煤表观活化能最大，平均耗氧速率最小；阶段1和2煤导热系数随温度升高均先减小后增大，并且煤导热系数随单轴应力增大呈三次函数变化。     

基于传热分析的林火蔓延特性研究

计算了水平流动的热烟气与大乔木、小乔木、灌木主干及大乔木树叶间的强制对流传热；垂直上升流动的热烟气与各类林木的纵向自然对流、纵向强制对流传热；以及烟气对各类林木的辐射传热。分别比较了它们的热流密度和总换热量。讨论了烟气流速、温度、林木尺寸等因素对换热的影响。在此基础上，对不同林木的火险特性进行了预测。     

煤质粉末活性炭自燃和热稳定性分析

针对煤质粉末活性炭最显著的热危险特性——自燃危险性进行试验。采用粉尘层最低着火温度测定系统对煤质粉末活性炭进行自燃试验,测定煤质粉末活性炭的最低着火温度;采用SDT Q600热重分析仪测定煤质粉末活性炭在氮气和空气气氛中以20℃/min的速率升温至700℃时的热解和燃烧特性,通过TG/DTG曲线计算其着火温度,并进行热稳定性评价。粉尘层自燃试验结果表明,煤质粉末活性炭最低着火温度为400℃,具有自燃危险性,易形成阴燃;氮气气氛中热解试验表明,热解过程经历了室温~120.0℃和280.0~700.0℃两次轻缓失重阶段,646.44℃时挥发分热失重速率最大,对应热失重速率峰值为0.082 6%/℃,自燃危险性较低;空气气氛中燃烧试验表明,燃烧过程经历了室温~95.5℃和300.0~600.0℃两次剧烈失重阶段,分别为吸附水分受热蒸发和氧化生成的有机官能团分解脱附导致,565.35℃时挥发分热失重速率最大,对应热失重速率峰值为13.20%/min,粉末较强的氧气吸附效应和较低的导热系数导致其自燃倾向较高,火灾危险性较大。     

肋片式换热器的有限元热应力分析

利用ANSYS有限元分析软件对肋片式换热器首先进行热分析,获得温度场温度扩展分布云图,得出温度在管道周围的值最大,最大值是78.76℃;通过定义路径分析了沿着肋片径向及管道高度内壁方向上的温度分布情况,得到相应的曲线和温度分布云图;之后在热分析的基础上,利用ANSYS软件中的间接法进行热应力分析,获得热应力的分布情况,最大热应力值发生在管道外壁与蒸汽管道连接部位,其值为40.19MPa;最后根据JB4732-95《钢制压力容器分析设计标准》进行相应的应力评定后,证明该肋片换热器是安全可靠的,可以应用在实际工程生产中。     

非均匀火灾作用下方形钢管混凝土短柱剩余承载力研究

为研究非均匀火灾作用下方形钢管混凝土短柱剩余承载力,在合理采用钢材和混凝土本构关系的前提下,基于ABAQUS建立了火灾后钢管混凝土柱相继热力耦合分析模型,并依据试验数据验证模型有效性。在此基础上进行了单面、相对两面受火状态下方形钢管混凝土短柱的轴压工作机理分析和参数分析,结果表明:受火方式对构件温度场及受力机理影响较大;受火时间、截面边长、防火保护层厚度是构件非均匀受火后剩余承载力的主要影响参数。在工程常用范围内,回归了两种受火方式下方钢管轴压短柱剩余承载力影响系数计算公式,可为该类构件在火灾后的修复提供参考。     

蒸汽腔型热管散热器三维瞬态热分析

本文通过建立蒸汽腔型热管散热器三维非稳态计算模型,对不同风速及温度水平下的运行工况进行了对比热分析,并分析了冷凝段直肋厚度对蒸汽腔型热管散热器传热性能的影响。分析结果表明:冷凝段空气出口温度随热管壁温增大而增大,空气和肋片及热管壁面进行对流换热,热管壁温明显高于空气通道出口温度,冷凝段直肋起到很好的散热作用,能使冷凝段的工质冷却成液体并在重力和毛细力的作用下回流到蒸发段,从而保证蒸汽腔型热管散热器良好的传热性能和等温性能。