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...     

热-力耦合作用对建筑结构火灾安全的影响

结构火灾安全可以避免建筑物在火灾中坍塌.火灾热环境影响建筑结构的响应,传统的标准火灾环境有一定的局限性,不能完全适用于若干真实火灾场景.因此有必要开展真实火灾环境下建筑结构的热-力响应特性研究,发展有效的工程工具来设计经济安全的结构.近来,性能化的结构火灾安全设计评估方法和相应技术发展迅速,该文给出一种综合考虑热-力耦合作用的结构火灾安全设计评估方法及相应流程.首先通过建筑和燃料特性来预测可能的火灾热环境特性,然后再分析构件和结构的热响应和力学响应特性来判定结构是否会失效,以及可以降低热和力影响的预防失效措施.该文通过案例分析将该方法应用于某中庭钢结构屋顶的防火保护,得到经济合理的防火涂层设计,满足有关防火规范的安全等价要求.     

坡地建筑外立面火灾温度演化研究

针对坡地建筑外立面开口火溢流行为,为了预测不同坡地角度时圆形开口建筑火溢流的外立面热羽流温度分布规律,采用1∶8缩尺寸建筑火灾模型,开展圆形开口建筑火溢流实验研究。结果表明:在建筑火灾燃烧状态稳定下,对于确定开口尺寸、火源功率以及坡地坡度(倾斜挡墙)下,带有圆形开口的燃烧室内温度基本均匀且保持一致;针对圆形开口建筑,倾斜挡墙坡度越大,外立面的温度越高;基于热羽流温度实验数据,建立考虑不同开口尺寸、火源功率和倾斜挡墙角度影响下圆形开口建筑火灾溢出热羽流的竖向温度预测模型。     

火源位置对浮法玻璃热破裂行为规律影响研究*

为了研究火源位置对浮法玻璃热破裂行为规律的影响,选用尺寸为600 mm×600 mm×6 mm（长×宽×厚）的浮法玻璃为研究对象,研究在点支撑和框支撑安装方式下,在玻璃厚度方向上不同火源位置的浮法玻璃热破裂情况,分析其首次破裂时间、破裂时表面温度以及裂纹起裂方式等热破裂行为参数,加深对浮法玻璃热破裂行为机理的研究。结果表明:在火源位置实验中进行中心热辐射时,点支撑安装方式下的浮法玻璃防火性能优于框支撑安装方式下的浮法玻璃;其次,玻璃表面会形成大量孤岛裂纹和交叉裂纹,裂纹最终形态受火源位置影响,火源位置与裂纹数量、裂纹分布复杂性呈负相关。     

旅客行李对高速客车车厢火源热释放速率的影响研究

为了得到考虑旅客行李影响情况下的高速客车车厢火源热释放速率的合理取值范围,以CRH1型动车组二等座车厢为例,以锥型量热仪和大型量热仪测定的高速客车车体内材料和行李的燃烧性能为输入参数,运用FDS软件模拟9种火灾场景下车厢的火源热释放速率随时间的变化规律,分析行李重量对车厢火源热释放速率的影响。研究结果表明:旅客行李对高速客车车厢火源热释放速率的影响是与通风条件协同作用的结果;在车门与车窗关闭条件下,旅客行李对于火源热释放速率的贡献值基本可忽略;在车门开启与车窗关闭条件下,旅客人均携带10kg和20kg行李时,行李对车厢火源热释放速率的贡献值为0.24MW和0.6MW,贡献率为5%和11%;在车门与逃生车窗开启条件下,旅客人均携带10kg和20kg行李时,行李对车厢火源热释放速率的贡献值分别为1.3MW和3.8MW,贡献率分别为7%和21%。     

基于电化学-热-力耦合模型的锂离子电池热失控研究

为提升锂离子电池的安全性能,减少由热失控导致的安全事故,分析电池温升的原因并有效降低其温度,依据电化学反应中浓度、电势与热模型中温度的相互影响关系,建立电化学-热-力耦合模型。通过模拟单电池和电池组温度分布的实时情况,分析单电池温度不均匀分布和电池组温度正态分布情况的原因,探讨换热面积和流通量对散热量的影响,研究电池组中单体电池的位置分布及不同传热介质的散热情况。研究结果显示：低温和相对高温环境下,欧姆热、极化热及电化学反应热产热占比不同,但产热最高温度未达到电极材料与电解液分解反应的临界温度420 K;高温环境下,电池温度持续升高接近临界温度,出现热失控趋势,对流换热系数对电池影响较大。电池组间隙为10 mm和20 mm时,整体温度比间隙为0时分别降低了1.1%和1.8%;与无间隙电池组相比,以铜板和铝板为传热介质的电池组温度分别降低了2.0%和1.6%。     

火源功率对室内变压器火灾燃烧特性影响研究

为了研究不同火源条件下变压器火灾动力学过程,利用全尺寸变压器火灾试验,验证了隐蔽、立体、多尺度的变压器火灾数值模拟的有效性,模拟5,10,15,18 MW火源功率下变压器室内火灾烟气蔓延、温度分布变化。研究结果表明:火源功率对烟气蔓延速度和温度分布影响较大,当火源功率在18 MW以内时,变压器油燃烧时间在30 s内,产生的热均不会使变压器室内壁面和顶棚处的烟气温度超过300 ℃,没有达到混凝土的耐火极限。     

火源长宽比对隧道内矩形火燃烧特性的影响研究

开展了一系列小尺寸实验研究隧道内不同火源受限情况下的火焰形态和顶棚射流火焰长度。实验中采用四个长宽比范围1~8的矩形气体燃烧器作为火源,并通过改变火源的摆放位置和贴壁方向(长边贴壁和短边贴壁)来改变火源的受限程度。结果表明:当火源置于开放空间非受限场景时,随着火源长宽比的增大,火源卷吸空气周长增大,导致火焰高度不断减小。对于贴壁火当矩形火源的长边贴壁时,随着长宽比的增大,其火焰高度同样不断减小;由于卷吸不对称,火焰贴着墙壁向上方蔓延,其火焰高度明显高于开放空间条件下的值。当火源短边贴壁时,火焰高度虽然仍随长宽比的增大而减小,但其火焰高度与开放空间相近,明显小于长边贴壁的情况,说明此时空气卷吸受限程度不大,火焰蔓延没有受到墙壁明显的影响。在前人对轴对称火源(方形和圆形火源)研究的基础上,本文对矩形火源位于隧道纵向中心线和紧贴隧道侧壁的火焰形态和火源长度进行了实验研究,定义了一个修正的无量纲火源功率?Q *mod,并引入了考虑矩形火源长宽比的无量纲特征参量(n+1)/n,建立了综合考虑火源功率、火源尺寸和贴壁方向的矩形贴壁火的火焰长度关系式。     

初始引火源燃烧特征对动车车厢轰燃的影响研究北大核心CSCD

为了研究动车组发生火灾时车厢内火焰不断蔓延、火势不断增大导致车厢内轰燃的情况,并得到引起车厢轰燃的临界初始引火源热释放速率及所需燃烧持续时间,采用火灾动力学三维模拟软件FDS模拟其燃烧过程,分析在持续燃烧和非持续燃烧2种状态下不同热释放速率的初始引火源引起的动车组车厢轰燃情况。结果表明:引起动车组车厢轰燃的临界初始引火源热释放速率值为160 k W,燃烧持续时间临界值为1 470 s。随着初始引火源热释放速率的增大,车厢发生轰燃的时间变短,两者之间存在乘幂函数关系;且发生轰燃所需的火源燃烧持续时间也随之缩短,两者之间同样存在乘幂函数关系。根据动车组车厢内常见初始引火源特征,明确了不同行李物品作为初始引火源对动车组车厢发生轰燃的危险性。     

初始引火源燃烧特征对动车车厢轰燃的影响研究北大核心CSCD

为了研究动车组发生火灾时车厢内火焰不断蔓延、火势不断增大导致车厢内轰燃的情况,并得到引起车厢轰燃的临界初始引火源热释放速率及所需燃烧持续时间,采用火灾动力学三维模拟软件FDS模拟其燃烧过程,分析在持续燃烧和非持续燃烧2种状态下不同热释放速率的初始引火源引起的动车组车厢轰燃情况。结果表明:引起动车组车厢轰燃的临界初始引火源热释放速率值为160 k W,燃烧持续时间临界值为1 470 s。随着初始引火源热释放速率的增大,车厢发生轰燃的时间变短,两者之间存在乘幂函数关系;且发生轰燃所需的火源燃烧持续时间也随之缩短,两者之间同样存在乘幂函数关系。根据动车组车厢内常见初始引火源特征,明确了不同行李物品作为初始引火源对动车组车厢发生轰燃的危险性。     

饱和-非饱和介质热-水-应力耦合二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和弹塑性矩阵开始,使用Galerkin方法,将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,初步开发出了一个用于分析饱和-非饱和介质热-水-应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序.通过对一个假定的核废料地下处置的热-水-应力耦合问题进行数值计算,在定性上验证了本程序的正确性.     

不同火源功率及火源—出口距离对隧道火灾临界风速的影响研究

由于隧道特殊的建筑结构,其发生火灾时的危害性,相比于其他类型的火灾要严重的多。在隧道的消防设计中,运用纵向风排烟是隧道火灾一项重要的消防措施,如何利用纵向风的特性来有效地引导隧道火灾烟气的运动需要进行系统的研究。运用FDS数值模拟的方法进行研究。结果显示,临界风速随着火源功率的增大而增大;并且随着火源与隧道出口距离的增大呈现出线性增长的趋势。对于6.0cm和9.0cm的火灾,临界风速与火源-出口距离关系式分别为 y=0.4+0.14x, y=0.5+0.11x。因此在消防实际应用中,应当充分考虑不同火源功率和火源在隧道中的相对位置对火灾烟气运动的影响,调节不同的排烟风速进行有效、合理的隧道排烟。     

油气泄漏火灾下FPSO热-结构耦合分析

针对FPSO油气泄漏引发的火灾风险,建立热-结构耦合分析模型,采用ANSYS Workbench软件对工艺区设备泄漏、火灾事故及灾害下结构响应进行数值模拟,重点分析工艺处理模块Ⅰ区设备温度分布及热变形情况。通过对比不同油气泄漏速率和环境风速下火灾发展、危害范围和结构受损程度,探讨油气泄漏孔孔径和风速对火灾后果的影响。结果表明:稳定发展火灾下工艺处理模块Ⅰ区设备周围环境维持高温状态;泄漏孔附近结构受损最严重,原油热处理器受火灾损害发生大的变形;随泄漏孔孔径增大,火灾危害范围扩大,结构发生大变形的区域增大,d=40 mm时原油热处理器受损最严重,d=60mm时结构受损区域最大,大部分结构受损程度加剧;来风风速的变大使得火灾更加剧烈,设备受损区域扩大,受损程度加剧,结构火灾风险加大。     

阵列燃烧诱发火焰融合的判据及其可行性研究

为了探究一种判定多火源等间距阵列燃烧时火源参与火焰融合程度的判据,基于多火源等间距阵列燃烧试验,获得n×n(n取3~7）阵列各火源层在不同火源间距条件下的无量纲平均燃烧速率,采用自定义拟合的方法,拟合出各火源层的无量纲平均燃烧速率随无量纲火源间距的变化曲线,将所得拟合曲线与火源参与火焰融合的临界值曲线相交,便可得到各火源层的临界无量纲火源间距值。分析该值,发现其与火源层数呈良好的线性关系,且此线性直线与试验结果吻合度较高。从而,获得一种应用无量纲火源间距判定阵列火源参与火焰融合程度的简易判据。     

热-水-力耦合作用下岩石损伤力学模型与验证

为了探讨高温、高孔隙水压、高围压对岩石损伤破坏的影响,基于损伤力学基本理论,并结合应变等价性原理,建立热-水-力耦合作用下的损伤力学模型,构建表征岩石损伤演化的表达式,通过水-力耦合作用下热损伤花岗岩室内试验验证了该模型的合理性,并根据室内试验确定了模型参数。试验结果表明:提出的模型能较好地反映热-水-力耦合作用下岩石应力-应变过程,且能表征上述作用下岩石损伤演化规律;高温损伤会导致岩石由脆性逐渐向延性转变,而孔隙水压会进一步加剧岩石损伤演化。     

火灾下钢框架结构热-力耦合模拟与性能分析

基于"自然火灾安全概念"(NFSC)的基本思想,提出了火灾下钢结构热-力耦合模拟方法。利用ANSYS的参数化设计语言,建立了ANSYS软件与OZone火灾分析软件的数据接口,实现了火灾分析软件与大型有限元软件的耦合运用。基于火灾模拟软件OZone的分析结果,利用APDL语言,对钢框架结构进行了真实火灾场景下的热-力耦合模拟。研究表明:钢框架结构在真实火灾场景下,受非均匀变热流影响,结构内部将产生热应力梯度和应力牵移现象;同时钢框架中钢梁固接时,火灾初期变形较小,当达到某个关键时间点后将开始大的变形破坏,其主要原因是钢框架内部产生塑性铰,即钢梁由固接变为铰接,释放了对钢梁的约束。     

火源位置对轻型门式刚架竖向位移的影响

为探究总火源功率相同时,两个火源相对位置变化对轻型门式刚架竖向位移的影响规律,采用经实验验证过的有限元方法对其进行瞬态非线性热-结构耦合数值模拟,研究了大功率火灾下单个火源、两个火源位置变化对门式刚架的温度分布以及竖向位移的影响.结果表明:保持火灾总功率30 MW不变时,在单一火源作用下火源位于跨中时刚架位移最大,在两...     

火源位置对轻型门式刚架竖向位移的影响

为探究总火源功率相同时,两个火源相对位置变化对轻型门式刚架竖向位移的影响规律,采用经实验验证过的有限元方法对其进行瞬态非线性热-结构耦合数值模拟,研究了大功率火灾下单个火源、两个火源位置变化对门式刚架的温度分布以及竖向位移的影响。结果表明:保持火灾总功率30 MW不变时,在单一火源作用下火源位于跨中时刚架位移最大,在两火源作用下,15 MW-15 MW的火源组合最危险、刚架的破坏时间随火源相对距离的增大而增大,功率较大的火源位于临界位置比功率较小的火源位于临界位置有利。且功率较大的火源位于临界位置时,火源相对位置变化对刚架竖向位移的影响不显著,而功率较小的火源位于临界位置时,影响显著。     

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。     

火源功率对竖井负压控烟效果影响的实验研究

基于竖井的烟囱效应原理,利用小尺寸实验台开展了一系列实验,通过改变油盘的尺寸,对竖井内的烟气温度、压力、速度以及通风口处的压力、气流速度进行测量,研究了火源功率对房间利用竖井进行负压控烟效果的影响。实验结果表明:一方面随着火源功率的增大,室内温度升高,热烟气形成的热压增大,使烟气向外膨胀;另一方面,竖井底部的烟气温度升高,竖井底部的负压值增大,烟囱效应增强,排烟速度增大,新鲜空气补入的速度增大,逐渐抑制住烟气从通风口向外溢出,达到了负压控烟的效果。