热力耦合作用对桩及桩间土拱效应的影响研究*

为研究负温对桩侧应力及桩间土拱效应的影响,通过FLAC3D软件模拟热力耦合作用下新型排桩冻结法中桩间土拱效应的变化及温度效应下的桩间距,并根据巴霍尔金单排管冻结稳态温度场解析解,建立冻结壁平均温度区域解。研究结果表明:桩土接触面的应力分量τxy近似线性变化,应力分量σx近似均匀分布,温度降低对应力分量τxy的分布影响较小,但对应力分量σx的影响较大;负温使桩间距发生变化,且整体平均应力的分布也更加均匀化;通过与巴霍尔金解析解对比,证明单排管冻结温度场模型的可行性,在此基础上建立的单排管冻结壁平均温度区域解,其与数值模拟结果相差不超过1 ℃,计算误差满足工程要求;随着冻结时间的增加,单排管冻结壁温度场呈抛物线形式降低。     

隧道竖井外流场模拟及风塔外型结构优化研究

为提高长大隧道施工及运营通风过程中竖井通风效率,实现隧道节能通风。依托实际隧道工程,基于Fluent软件,选用RNG k-ε湍流模型,对无竖井风塔、圆柱风塔、矩形风塔和凸台状风塔4种结构、不同环境风速工况下的流场进行数值模拟,并对模拟结果进行交叉比对分析,提出最优化的竖井风塔结构形式。研究结果表明:采用风塔结构竖井出流量要远大于无风塔结构竖井出流量;对于不同竖井风塔外型结构,竖井出流量与环境风速关系呈多项式函数;当倾斜角为45°、圆心角为90°时,凸台结构对应竖井出流量最大,且受环境风影响波动较小,通风稳定性较好。建议竖井出口结构选用矩形或凸台状,实现对环境风的高效利用,提高竖井通风效率。     

突发事件下安全舆情的传播与演变——以江苏响水天嘉宜化工有限公司“3.21”特别重大爆炸事故为例

为明确突发事件安全舆情传播与演变路径,提高企业防控突发事件安全舆情传播风险能力,降低衍生灾害发生概率,在文献分析及事故致因理论基础上,构建突发事件安全舆情传播与演变过程的系统动力学（SD）模型,并运用Vensim软件对以江苏响水天嘉宜化工有限公司“3.21”特别重大爆炸事故为例进行仿真实验,模拟安全舆情传播与演变动态过程。结果表明:突发事件安全舆情传播与演变主要受事件自身、媒体、相关企业监管层、相关企业执行层4个主体的共同影响,其中事件自身因素起效时间最早,相关企业监管层影响作用最大、维持时间最持久,相关企业执行层影响最直接。     

非金属管道微小泄漏动力学数值模拟和试验对比

为了探索非金属输送管道泄漏规律,从数值模拟和试验两个角度,对液体PE管道发生泄漏前后管道内流体与泄漏口的流动状态进行了对比分析,为判定管道泄漏提供了依据。运用FLUENT软件针对PE液体管道泄漏,在不同孔径、不同压力下,构建管道泄漏模型分别进行仿真,分析不同泄漏情景下压力梯度的分布规律。同时在近似相同条件下进行PE管道两点泄漏模拟试验。结果显示:数值模拟与试验结果基本一致,泄漏孔处压力、流速均与管内初始压力成正相关;初始压力和孔径的增大,会导致管内压力下降速度上升,但最终会趋于稳定值。     

基于人工神经网络的气体泄爆最大超压预测研究

为解决传统经验公式在预测气体泄爆中最大超压出现时的较大偏差或过于保守的问题,提出使用人工神经网络预测气体泄爆最大超压。基于124组实验数据,采用BP与RBF神经网络,通过优化算法计算与迭代循环对泄爆样本中的影响因素进行降维与选择,并确定2类神经网络本身在学习与计算气体泄爆样本时的相关参数。结果表明:PCA（主成分分析法）在当前样本条件下的降维效果较差,而通过迭代对比确认气体泄爆样本中的5类特征全部保留时神经网络的训练模拟效果最好;通过对124组实验数据进行随机挑选训练集与测试集的训练模拟结果发现,神经网络对气体泄爆中最大超压的预测效果较好;通过对比Molkov提出的和经Fakandu等改进的NFPA 68经验公式以及2类神经网络的预测结果表明,神经网络相比于传统气体泄爆经验公式具有明显优势。     

矿井巷道火灾烟流逆退数值模拟及临界风速研究

为了研究矿井发生火灾后高温烟流的蔓延规律及影响因素,利用COMSOL软件对火区进行数值模拟,建立巷道三维模型,得到火区风流速度与温度分布。通过改变边界条件,分析火风压作用下,火区烟气在不同控制风速、巷道条件作用下蔓延规律,得出不同因素与临界风速的关系,为选取合理的火灾控制风速提供理论依据。研究结果表明:火源温度一定时,巷道入口风速越低,火源下风侧高温烟流越靠近巷道顶部,随着风速增大,向巷道下部蔓延;风速较低时,在火区火风压的作用下,会产生烟流逆退现象,随着风速的增大,逆流层长度和厚度随之减小;巷道入口通风条件不变时,火区温度越高越容易产生烟流的逆退,影响范围越大;巷道高度越高、上行风坡度越小,越易发生逆退现象;不同影响因素与巷道平均温度不成正比关系,其中下行风坡度5~15°时巷道平均温度较高且易于发生烟流滚退现象,影响范围较大;火源温度、巷道条件与临界风速的数据拟合结果对预测巷道的临界风速有较好的参考价值。     

金属丝网对甲烷/空气预混火焰管道内传播的影响

为研究管道内金属丝网对甲烷/空气预混火焰传播的影响,通过实验和三维数值模拟研究安装金属丝网的管道内火焰传播特性以及流场、温度场的变化。结果表明:40目4层的金属丝网可以使火焰淬熄,30目4层的金属丝网无法淬熄,但可以使火焰停滞3 ms;大涡模型可以很好地对管道内火焰淬熄现象进行模拟;当火焰穿过30目4层金属丝网时,速度增大,在Kelvin Helmholtz不稳定和Rayleigh Taylor不稳定的耦合作用下形成湍流;金属丝网的目数会影响热量在丝网层中的扩散,当金属丝网为30目4层时,火焰热量扩散快,而当金属丝网为40目4层时,火焰热量扩散慢且温度大幅度衰减,衰减率达到83%。     

基于事故逆向再现的车辆追尾事故仿真分析研究

为认定车辆碰撞事故的性质及责任,动态还原事故发生过程。提出1种逆向事故分析再现方法,经过坐标系旋转后构建确定方程组的车辆碰撞瞬间解析计算模型,并经过实车碰撞实验数据验证其计算精度与三维再现的准确性。利用Crashview软件对1起车辆追尾事故进行仿真分析,解析计算得出车辆碰撞瞬间车速和碰撞前行驶车速,实现事故二维过程重构和三维模拟再现。结果表明:计算分析车速与VDR记录车速误差在5%以内,模拟再现轨迹与事故现场实测痕迹基本吻合,所构建的方法可有效用于车辆追尾碰撞事故辅助分析鉴定,为事故过程分析提供理论依据。     

基于OpenFOAM的综合管廊舱内燃气泄漏扩散数值模拟

为实现综合管廊燃气泄漏扩散的精确高效模拟分析,进而为综合管廊燃气泄漏事故的安全防控提供技术支撑,利用OpenFOAM对城市地下综合管廊舱内燃气泄漏扩散进行数值建模计算,研究分析通风受限空间内的燃气泄漏扩散规律,并结合对应急响应时间的分析验证了通风策略的有效性。研究结果表明:气体射流作用与浮升力作用是影响综合管廊燃气泄漏扩散浓度分布的重要因素,采取合理的通风措施可有效加速燃气的流动与扩散,缩短燃气泄漏报警响应时间,有利于燃气泄漏事故应急决策与应急救援的快速实施。     

屏蔽服冷却系统对人体表面温度影响的研究*

为科学有效地论证多种方式组合的冷却屏蔽服在不同环境条件下对人体表面温度控制的效果,需要对冷却系统及人体敏感部位发热量进行客观评估。通过对5名健康男性的高温测试,探究人体在不同环境温度下体表温度的变化,得出胸部、背部及额头为热量最高部位,并构建以“人体-降温屏蔽服-外界环境”为主体的冷却系统数值模型,对不同环境中的屏蔽服冷却效果展开研究,分析穿戴冷却屏蔽服时人体躯干部分的温度分布及影响。结果表明:在屏蔽服中靠近胸部、背部部位引入相变材料和风扇,均可帮助人体降低体温,提高舒适度。