飞机撞击引起爆炸-火灾后建筑坍塌过程模拟

为了解飞机撞击超高层建筑后致使建筑坍塌或倾倒过程,基于颗粒流理论进行了该过程模拟,包括飞机撞击、油箱爆炸、火灾和建筑坍塌过程。模拟分4个阶段:初始至撞击、撞击至油箱爆炸、爆炸至火灾、建筑坍塌至结束。引入了颗粒流爆炸模型和考虑钢混等效结构的火灾模型。分别在建筑高程250 m和100 m处实施了撞击模拟。结果表明,不同的撞击高度所造成的建筑破坏效果和过程有同有异。共同点是飞机的撞击并不是建筑破坏的直接原因。飞机油箱爆炸破坏了外围框架,也造成核心筒结构的损伤,因此爆炸是建筑破坏的起因。不同点是250 m撞击时爆炸引起的火灾加速了上部建筑的倾倒,但最终撞击处下部建筑结构仍完整,这个过程时间较长。100 m时火灾几乎未起到任何助力坍塌的作用,建筑便已经开始不可逆的坐塌过程,该过程时间较短。     

降雨条件下黄土斜坡的入渗特征分析

为研究黄土斜坡的降雨入渗规律和降雨诱发黄土滑坡的机理,在宁夏西吉县一黄土斜坡建立了监测站,在斜坡上部开挖探井并安装了土壤水分计观测土壤含水率,在探井附近安装了小型气象站,观测气温、降雨量、蒸发量。通过现场观测数据分析了气象条件对土壤含水率的影响,以及雨水在黄土斜坡中的入渗规律。使用SEEP/W软件分析了完整黄土斜坡和有裂隙黄土斜坡在临界降雨条件下的孔隙水压力分布,以及斜坡孔隙水压力随深度的变化规律。结果表明,深度1 m以内的土壤含水率变化受蒸发量与降雨量的影响显著,深度越大,土壤含水率的变化曲线越平缓。强度大于19 mm/d的降雨才会引起土壤含水率的骤增,且土壤含水率变化比降雨延迟48 h左右。斜坡表面发育的裂隙是雨水进入斜坡体内部的主要通道。降雨会在有裂隙的斜坡内部形成饱和区,使土体抗剪强度降低,饱和渗流会增加斜坡下滑力,这些作用使黄土斜坡发生滑动。现场监测研究得出了研究区滑坡临界降雨量的参考值,提出斜坡裂隙是降雨诱发黄土滑坡的重要因素。     

基于Petri网的750kV变电站故障恢复

对750 kV变电站可能发生的常见故障进行详细分类,并据此建立故障恢复推理模型,以便发生故障时能及时快速恢复供电。通过分析750 k V变电站拓扑结构,采用故障分类和基于Petri网建模的方法,将所有可能发生的常见故障分为母线、线路及变压器3类。变电站发生故障时,先根据变电站故障诊断结果,再从故障点隔离到恢复非故障失电区域并建立Petri网模型。故障恢复主要对开关进行操作,因此首先建立开关打开和关断的基本Petri网恢复模块,接着从变压器运行方式及裕量情况给出变压器故障恢复的Petri网模型,然后讨论母线和线路故障时不同情况下的故障恢复Petri网模型,最后根据模型推理过程中点火的变迁,将隔离故障点和恢复供电的断路器记录下来,按照Petri网运行的顺序即可给出最终的恢复方案。通过对750 k V变电站各类复杂故障的建模和推理及由此给出的恢复方案,能够及时给出恢复的操作顺序,方便运行人员快速检修。最后通过HPSim软件对代表性故障进行仿真运行,验证该方法正确、可行且及时。     

自由飞行下基于航空器定位误差修正的碰撞风险研究

自由飞行能够提高空域容量从而缓解空域拥挤问题,在保障自由飞行安全性的基础上尽可能减小飞机的安全间距,需要研究自由飞行条件下飞机的安全评估问题。分析了所需CNS性能、防撞系统、风的因素等自由飞行下航空器定位误差的影响因素,考虑到航空器定位误差在短时间内具有累积性,提出采用INS、GPS数据融合算法对定位误差进行周期性修正。给出修正后的航空器定位误差分布在时间上的变化规律,并将其运用到自由飞行下碰撞风险评估中。结果表明,碰撞风险随安全间距增加呈下降趋势,以1.5×10-8次/飞行小时的目标安全水平为例,对航空器定位误差修正的最小安全间距为8 600 m,不对航空器定位误差进行修正的最小安全间距为9 100 m。     

外部条件对玉米淀粉粉尘爆炸特性的影响

为了探明外部条件对玉米淀粉粉尘爆炸特性参数的影响,利用20 L球形爆炸装置进行试验测试,探讨了点火能量及粉尘含水量对粉尘爆炸特性的影响,对比研究了CaCO_3和Al(OH)_3两种惰性介质的抑爆效果。结果表明:随点火能量增加,粉尘最大爆炸压力和最大升压速率呈线性上升,在高质量浓度下,粉尘爆炸压力受点火能量的影响更显著;添加CaCO_3和Al(OH)_3能够降低玉米淀粉的爆炸压力,相对于CaCO_3的物理抑爆,Al(OH)_3的物理-化学抑爆效果更佳;玉米淀粉粉尘的最大爆炸压力及爆炸升压速率随粉尘含水量降低而不断增大。     

车库内氢气扩散和分布状态的数值模拟

为研究车库内氢气连续性泄漏的浓度分布和聚集状态,采用ICEM-CFD软件建模,利用Fluent软件对氢气连续性泄漏过程进行了模拟。通过分析监测点氢气物质的量分数、氢气分布和可燃性区域体积分数,研究了横梁及其间距(L)、自然通风、通风口面积(A)对车库内氢气的扩散和分布状态的影响。结果表明:在密闭状态下,无横梁时可燃性区域最小,L=3 m时可燃性区域最大;当A=0.5 m2时,在自然通风的作用下,车库底部氢气物质的量分数明显下降,但车库中部和上部氢气物质的量分数与密闭时相近;当A=1 m2时,虽然初始阶段氢气物质的量分数上升很快,但很快就趋于稳定,监测点氢气物质的量分数均在爆炸下限以下,此时自然通风能够消除氢气爆炸的风险。     

三硬条件下孤岛区域大直径钻孔防冲方案优化

忻州窑矿是典型的冲击地压矿井,为确保忻州窑矿8939三硬条件孤岛工作面安全高效回采,采用理论计算的方法,得出在该地质条件下卸压钻孔参数的合理范围,并采用数值模拟方法对理论计算得出的参数范围进行深入研究,得出适合该地质条件下的大直径卸压钻孔优化方案。采用KBD5电磁辐射仪对卸压效果进行了检验,结果表明,经过优化,煤体内电磁辐射强度较原卸压方案降低了15.7%,累计脉冲数降低了16.6%。方案优化后不但提升了卸压效果,而且节省了约690个钻孔和30%的工作量。     

N2和CO2抑制煤燃烧火焰特性对比试验研究

为了研究N_2和CO_2气体灭火剂在抑制煤明火燃烧特性方面的不同,通过搭建受限空间煤明火燃烧试验,分别开展了11.97%、16.81%、20.76%的N_2和10.79%、14.89%、20.32%的CO_2作用下煤明火燃烧抑制试验。鉴于火焰表面积变化与热释放速率变化呈正相关,基于火焰图像分析法开展试验研究。试验过程中,首先,通过数码摄像仪记录不同体积分数惰性气体作用下煤燃烧火焰面积的变化,然后利用Matlab软件进行火焰图像特征提取和"对比度增强"预处理,消除图像记录过程中存在的噪声,以便于有效进行火焰目标识别;其次,基于"阈值法"原理,利用Image-Pro Plus软件对预处理过的火焰目标进行识别和计算,进而实时获得试验过程中火焰表面积;最后,使用小波变换理论对火焰表面积变化曲线进行消噪处理,以获得火焰表面积变化趋势及主要波动信息。结果表明,CO_2比N_2具有更好的熄灭煤明火燃烧的能力,CO_2作用下煤火火焰表面积呈现指数下降,而N_2作用下呈现直线下降,且CO_2的灭火时间比N_2缩短了25%以上。该试验结果明确了N_2和CO_2在熄灭煤明火特性上的不同,弥补了CO_2仅比N_2具有更好的抑爆特性的认识。     

公路隧道内纵向通风对火灾参数影响的试验研究

公路隧道发生火灾时易造成严重后果,纵向通风作为火场排烟降温的常用措施会改变燃烧的火源功率及相关火灾参数,影响公路隧道通风排烟的设计。利用按照弗洛德相似性原理自行设计建造的公路隧道火灾烟气输运特性研究试验台,研究了不同纵向通风风速下燃料火源功率、火焰形状和烟气层高度、距火源2 m人眼高度处一氧化碳体积分数、隧道横截面竖向温度及隧道纵向人眼高度处温度的变化规律。结果表明,所研究的火灾参数与纵向通风之间呈现非线性变化关系,火源功率在纵向通风作用下出现"双驼峰"现象,随风速增大,火源功率、火焰主体长度与亮度的变化规律相似,平均燃烧速度与一氧化碳体积分数、温度变化规律一致。     

钢绞线锈蚀导致的混凝土开裂预测模型

为了研究钢绞线锈蚀对混凝土锈胀开裂的影响,通过加速锈蚀试验得到了6片不同锈胀裂缝宽度的混凝土梁,结合混凝土保护层锈胀裂缝宽度和锈蚀率等测试数据,对比分析了现有普通钢筋锈胀裂缝宽度模型的适用性。在此基础上,考虑开裂扩展速率及混凝土抗压强度的影响,建立了钢绞线锈胀裂缝宽度预测模型。结果表明:由于钢绞线是由7根钢丝相互捻指而成,钢丝之间会存在缝隙,且截面呈梅花状,与普通钢筋存在较大差异。现有的普通钢筋锈胀裂缝模型预测钢绞线锈蚀导致的混凝土开裂误差较大,超过53%;所建立的预测模型计算值与实测平均裂缝值的误差为12.1%,能够较好地模拟平均裂缝宽度与锈蚀率的关系。