Three-Dimensional Modelling of Concentration Fluctuations in Complicated Geometry

The strong fluctuating component in the measured concentration time series of a dispersing gaseous pollutant in the atmospheric boundary layer, and the hazard level associated to short-term concentration levels, demonstrate the necessity of calculating the magnitude of turbulent fluctuations of concentration using computational simulation models. Moreover the computation of concentration fluctuations in cases of dispersion in realistic situations, such as built-up areas or street canyons, is of special practical interest for hazard assessment purposes. In this paper, the formulation and evaluation of a model for concentration fluctuations, based on a transport equation, are presented. The model is applicable in cases of complex geometry. It is included in the framework of a computational code, developed for simulating the dispersion of buoyant pollutants over complex geometries. The experimental data used for the model evaluation concerned the dispersion of a passive gas in a street canyon between 4 identical rectangular buildings performed in a wind tunnel. The experimental concentration fluctuations data have been derived from measured high frequency concentrations. The concentration fluctuations model is evaluated by comparing the model's predictions with the observations in the form of scatter plots, quantile-quantile plots, contour plots and statistical indices as the fractional bias, the geometrical mean variance and the factor-of-two percentage. From the above comparisons it is concluded that the overall model performance in the present complex geometry case is satisfactory. The discrepancies between model predictions and observations are attributed to inaccuracies in prescribing the actual wind tunnel boundary conditions to the computational code.     

不同火灾规模下隧道水幕线性喷水强度的研究

为了探究火源功率和水幕线性喷水强度对烟气特征参数和水幕阻烟隔热能力的影响,以全尺寸隧道为研究对象,采用FDS数值模拟方法,还原验证了前人使用的小尺寸模型,研究了20组工况下烟气特征参数变化的规律。研究结果表明:根据相似性原理还原后的全尺寸模型在相同工况下的模拟结果与小尺寸实验基本一致;水幕系统降低遮光率的效果随线性喷水强度增加而增强,当线性喷水强度增至一定程度时,遮光率和隔热效率无明显变化;对于中、大型规模火灾,水幕有效作用时间出现减少的情况;火源功率为5,20,30 MW的小、中、大规模的隧道火灾,综合考虑经济性和水幕效果,建议分别选择水幕的线性喷水强度为8,14,16 L/(s瘙
簚m)。     

纵向通风对隧道竖井排烟影响的模拟研究

通过开展小尺寸实验以及FDS数值模拟实验,研究纵向通风对不同高度竖井的排烟影响并确定最佳通风风速。通过分析纵向通风风速、竖井高度对吸穿现象、边界层分离的影响规律,讨论了吸穿现象的临界条件。小尺寸实验中纵向通风风速考虑了0.096 m/s、0.226 m/s、0.356 m/s、0.485 m/s、0.629 m/s五种工况,竖井高度考虑了0.133 m、0.2 m、0.333 m、0.533 m四种工况。实验结果表明:当纵向通风风速为0.096 m/s、0.226 m/s、0.356 m/s(对应实际风速0.37 m/s、0.87 m/s、1.38 m/s)时,可抑制吸穿现象,但烟气边界层分离现象随着风速的增加而加剧。吸穿现象临界判据F_(critical)=1.5在本文所测试的纵向通风条件下不再适用,但Ri′_(critical)=1.5依然适用。数值模拟结果表明:当竖井高度为1 m、1.5 m、2 m时,排烟量随纵向通风的增加而降低,而当其为3 m、4 m、5 m时,排烟量先上升后降低,在测试风速为1.5 m/s时达到最高值。     

水下公路隧道纵向疏散通道加压送风系统研究

为研究水下公路隧道纵向疏散通道加压送风系统的关键设计参数,结合纵向疏散通道的特点,借鉴一般建筑加压送风系统的设计要求,提出了纵向疏散通道内加压送风量的计算方法,并通过数值模拟方法对纵向疏散通道加压送风系统进行了研究。结果表明,利用风速法计算得到的送风量比压差法计算得到的结果大20倍左右,并且压差法计算送风量时受疏散口缝隙宽度影响较大,工程适用性差。通过数值模拟可知,疏散通道内的送风风速达到1.5m/s时即能够满足人员安全疏散要求,这与风速法计算的结果一致。研究结果可供采用纵向疏散模式的隧道疏散通道加压送风系统设计参考。     

基于非线性屈服准则及主应力判据的圆形巷道围岩岩爆过程的数值模拟

鉴于考虑拉伸截断的线性莫尔-库仑屈服准则不能考虑岩石在高应力条件下的非线性屈服特征,根据虎克-布朗本构模型,将上述屈服准则在受压区的线性屈服函数修改为非线性形式。采用3种岩爆的主应力判据,判别圆形巷道开挖之后围岩中各种级别岩爆的分布及演变规律。计算采用"先加载,后挖洞"的方式,岩石服从弹—脆—塑性本构模型。研究发现,发生高级别岩爆的单元数少于发生低级别岩爆的单元数;轻微岩爆区的形态更接近于塑性区及剪切应变增量的高值区。根据巴顿判据,发生重岩爆的单元数较多,而且主要发生的是拉伸岩爆;根据陶振宇判据,发生轻微及中等岩爆的单元数均多于根据谷明成-陶振宇判据判别的结果。上述两种判据判别的结果均表明,在不考虑拉伸岩爆的条件下,只有位于围岩内部的单元才有可能发生高级别的岩爆,而位于巷道表面的单元一般仅发生轻微岩爆。     

集中排烟公路隧道入口段火灾下诱导风速研究

为研究集中排烟模式下公路隧道入口段发生火灾时的合理诱导风速,以某公路隧道为背景,运用火灾动力学模拟软件FDS对隧道人口段火灾时不同坡度、不同诱导风速的16组火灾工况进行模拟研究,通过对各工况下隧道内的温度场分布及烟气控制效果模拟结果的分析,得到了各工况下的合理诱导风速,研究结果可为公路隧道集中排烟系统关键设计参数提供参考.     

不同场地条件下水下隧道周围土体位移变化的数值分析

以拟建的哈尔滨松花江隧道为背景,考虑土体—衬砌的材料非线性特性和相互作用,按平面应变假定,建立在不同场地条件下的若干接近实际的有限元计算模型,应用有限元计算软件ANSYS进行数值分析,得出不同场地条件下隧道周围土体位移的分布规律,遴选出了影响水下隧道周围土体变形的部分关键因素,为合理确定隧道覆土层安全厚度提供了一定的理论依据。     

大空间单跨门式刚架结构抗火性能影响因素的客观权重研究

火灾时的大空间单跨门式刚架结构抗火性能,受钢构件温升和结构整体抗火临界温度的影响.本文通过对无保护大空间建筑钢构件温升数据的统计分析,获得包含火源功率、建筑体积、钢构件截面形状系数的钢构件温升拟合公式;结合单跨门式刚架结构整体抗火临界温度数据的统计分析,获得包含荷载比、柱高和系数K的结构整体抗火临界温度拟合公式;通过分...     

砂尘环境试验风洞稳定段和收缩段的数值模拟研究

采用计算流体动力学软件FLUENT,对砂尘环境试验风洞中稳定段和收缩段的气固两相流流场进行数值模拟.给出了计算采用的湍流模型及计算区域的网格划分技术.通过分析稳定段和收缩段的两相流流场的速度梯度分布,得到了反向加砂方式优于正向加砂方式的计算结果.     

盾构隧道的开挖模拟及地震反应数值分析

由于盾构隧道掘进的特殊施工工艺,使开挖模拟的数值计算存在着诸多难以量化的因素。采用应力释放法模拟盾构隧道的开挖,在衬砌和土体之间设置等代层单元模拟盾构施工的影响,求得竣工期的应力场和位移场。在静力计算基础上运用动力有限元时程分析法,采用粘性人工边界条件,分析了隧道衬砌在地震过程中的最大响应。其结果和规律可为一般的盾构隧道地震反应分析提供借鉴。