内热源影响下高压电力电缆着火机制

为探究高压电力电缆因过载或短路且线芯发热影响下的着火机制,使用加热棒模拟电缆内部故障热源,并开展电缆着火试验,分析内热源功率及电缆线芯截面积对电缆温升、着火时间等着火关键参数的影响,发现电缆从被加热至着火到燃烧的全过程可分为初期加热、热解气体逸出、着火、燃烧及熄灭4个阶段。结果表明:绝缘层熔融物的滴落会导致火焰形态发生变化,电缆各结构层表面温度的升温速率随内热源功率的增加及与内热源表面距离的减小而增大,功率的增加弱化了电缆线芯截面积对各层升温速率的影响;电缆的着火时间与内热源功率呈线性递减的关系。

隧道运动体火灾温度分布及烟气输运特性

为探究火源功率对隧道运动体火灾的影响,运用计算流体力学(CFD)软件Fluent模拟研究隧道内温度分布及烟气输运特性,建立隧道顶棚最高温度和平均温度随运动体运行距离衰减的预测模型。结果表明:火源功率越大,顶棚温度越高,高温区面积和影响范围也越大,火源后方出现卷吸燃烧形成的涡旋团流,使得温度分布和烟气输运在垂直空间内呈现出与静止火源不同的规律,同时烟气扩散范围和含量随火源功率增大而增大;在整个运动过程中,隧道顶棚最高温度与运动体在隧道内的运行距离呈3次多项式函数关系,而平均温度则与之呈线性函数关系。

地铁隧道活塞风演化规律及其对通风安全的影响

由于地铁隧道的环境相对狭长封闭,列车行驶形成的活塞风会对隧道内流场产生显著的影响,从而影响地铁隧道通风安全。以单洞单线类矩形区间隧道内行驶的B型地铁列车为研究对象,采用Fluent动网格方法对地铁隧道内匀速直线行驶列车形成的活塞风演化规律进行数值模拟,着重分析了不同阻塞比下隧道内行驶列车导致的隧道整体流场变化以及列车经过隧道某断面处流场变化,并与数学模型预测结果进行对比。结果表明:当列车在隧道内启动并以速度为10 m/s匀速直线行驶时,隧道内活塞风风速逐渐增大,待稳定后列车以4.09 m/s速度匀速行驶时,隧道内活塞风风速保持不变,其与数学模型预测结果相吻合;当列车经过隧道某断面处时,该断面处的活塞风风向先向前、再向后、最后向前,活塞风风速呈现波浪式变化,最大回流风风速为9.75 m/s;随着阻塞比α增大,隧道内活塞风风速增大,对隧道内空气流动的影响增强;当α=0.2、0.4、0.49时,列车尾端产生负压涡流区,隧道内活塞风风速波动明显;当α=0.6、0.8时,列车尾端只产生负压区,隧道内流场较为稳定。

城市轨道交通TOD综合体火灾防控研究现状及展望

为了解城市轨道交通TOD综合体(简称TOD综合体,下同)的防火研究进展情况并提供研究思路和参考,以典型TOD综合体为研究对象,从TOD综合体结构火灾危险性、目前研究进展及规范解读、研究方向展望三个角度梳理了TOD综合体火灾研究现状,探讨容易被忽视的火灾风险和可能存在的消防问题,分析结果表明TOD综合体地上商场、地下商业、地下轨道交通三部分传统系统区间组合后会呈现更加复杂的结构,使TOD综合体整体的火灾危险性大幅增长。国内防火规范对TOD综合体的规定过于分散,未考虑到TOD综合体的复杂场景,亟须建立TOD综合体防火设计体系。TOD综合体相关研究开展缓慢,缺少TOD综合体整体相互影响、相互联动、控烟排烟的火灾研究。未来研究人员应着重解决TOD综合体的通风排烟、监测预警、人员疏散、缺少专用应急装备等关键技术问题。因此,对TOD综合体火灾开展持续研究,建立专有消防体系,研发相关技术十分重要。

狭长受限空间火灾蔓延及烟气特性实验

狭长受限空间的火羽流及烟气层行为与常规建筑存在显著差异,其火源燃烧行为和烟气蔓延特性在热安全工程领域具有重要科学意义。开展研究性实验教学是实现消防工程专业培养目标的重要手段,为了提升实际教学效果,建立了融合“虚拟-实体、科研-教学、理论-实验”三位一体的实验教学方案。采用中尺寸实验平台进行火灾实验,按照实验设计、系统搭建、实验操作、教学结果来整体安排实体实验;通过Pyro Sim建立虚拟仿真场景、采用FDS进行模拟计算、通过场模拟图记录实验教学结果,使学生感知火灾发生发展的动态过程。通过实验展现了抽象理论知识的立体形态,有效地培养了学生的创新实践能力。

内向环境风对双层悬索桥火灾温度分布的影响研究

为了研究双层悬索桥下层发生车辆火灾时高温对上桥面底部关键部位的影响,基于FDS建立典型双层悬索桥火灾数值模型,以上桥面底部温度观测线上的最高温度点为研究对象,分析大型车辆火灾时不同车辆火源功率和常见海面风级内向环境风速对最高温度及偏移距离的影响,并使用量纲分析法建立数学模型。结果表明:当热释放速率在30~200 MW变化,内向环境风速在0.1~6.7 m/s变化时,最高温度与热释放速率成正比,与风速成反比,而最高温度点偏移距离与之相反;无量纲最高温度变化量与无量纲火源功率的0.8次幂呈正比,与无量纲内向风速呈负相关关系;无量纲最高温度点偏移距离与无量纲火源功率呈复杂的对数关系,总体趋势为负相关,与无量纲风速呈非线性递增的对数关系,趋势为正相关。因此,双层悬索桥车辆火灾中火源功率和内向风速对最高温度点的影响是竞争关系,本数学模型可用于桥梁防火设计和火灾现场最高温度点的准确预测。

初偏心影响下的水下高速运动体的抗弯稳定性及可靠性分析

针对有初偏心的水下高速运动弹性体的抗弯稳定性问题,建立了一个简化的力学模型。基于小挠度下杆所承受载荷的微分方程,确定了水下高速运动弹性体的弯曲失稳的临界载荷,得到了临界载荷与初始偏心之间的关系。在此基础上进行了结构的可靠性分析,得到了结构的可靠性指标和失效概率。最后,通过算例,说明该方法的有效性。

随机结构系统基于可靠性的优化设计

提出了以梁板(薄板)为基体的随机结构系统(即结构元件的面积、长度、弹性模量和强度等均为随机变量)在随机载荷作用下,基于可靠性的优化设计方法.给出了随机结构系统安全余量和系统可靠性指标的敏度表达式;给出最佳矢量型算法.首先是用改进的一次二阶矩和随机有限元法求出安全余量的可靠性指标的表达式,然后用概率网络估算(PNET)法求出系统失效概率的公式,对该式两边求导得出了系统可靠性指标的敏度表达式,进而用最佳矢量型算法进行优化设计.在优化迭代过程中,采用梯度步和最佳矢量步相结合的方法进行计算.最后给出了一个算例,说明该方法计算效率高,收敛稳定,适合工程应用.

负压梯度轴对称外形数值模拟分析

物面具有负压梯度是确保运载器在水中或空气中航行时不分离的必要条件.要求运载器整个物面具有负压梯度是不可能的,所以具有较短的正压梯度外形更有意义.该文研究这样一种压力分布的轴对称外形,称之为负压梯度轴对称外形.对负压梯度轴对称外形进行了分离特性的数值模拟并与Nesteruk的试验结果进行比较分析,基于传统核空化起始理论对负压梯度轴对称外形进行空化计算.计算结果证实了势流理论和风洞试验的压力分布,并且在模拟的雷诺数范围内没有分离现象发生.然而负压梯度轴对称外形发生了空化现象,并形成了超空泡.

梁板结构系统可靠性分析的关键问题研究

梁板结构系统在多随机变量(如元件的面积、厚度、材料弹性模量、外荷载及元件强度等基本随机变量)影响下,进行可靠性分析时,是一个比较复杂的问题。本文就可靠性分析的关键问题进行研究,即建立概念清晰,含有基本变量的安全余量;给出随机有限元分析方法;给出板元和梁元失效后,减缩刚阵和反向节点力的计算公式。最后给出一个算例,说明该方法的应用。

不完整结构系统同时考虑强度和刚度的可靠性分析

基于结构强度可靠性分析理论的基础之上,提出了不完整结构(结构系统中有部分元件已失效,但结构未变成机构仍具有一定的承载能力)强度、刚度可靠性的分析方法。该方法考虑了元件因强度失效对不完整结构系统强度、刚度可靠性的影响,同时导出了等效安全余量的形式,进而计算结构系统在失效各阶段的总体失效概率。并结合算例对结构系统在失效各阶段进行了强度、刚度的可靠性分析。算例表明,这样分析符合结构在使用各阶段可靠性的真实情况,从而为结构的合理利用起指导性作用。

综合考虑随机结构系统静强度和疲劳的失效机理与可靠性分析

根据疲劳载荷造成的随机裂纹对结构极限应力和截面模量的影响,给出了结构构件在裂纹扩展下的构件剩余抗力的表达形式,分析了结构系统中每一个单元在静载和疲劳载荷作用下的失效形式,并考虑了各失效模式之间的相关性对该单元可靠性的影响。具体分析了结构系统在静载和疲劳载荷作用下的失效机理以及各失效模式之间的相关性,给出了在静载和疲劳载荷作用下结构系统的可靠性分析方法。结合数值算例对结构系统同时进行了静强度和疲劳的可靠性分析,表明在不同的使用年限内,静载和疲劳载荷对结构系统可靠性的影响是不同的;在结构系统主要失效路径中既有单元静强度失效又有疲劳失效,这是符合结构系统使用真实情况的。

复合材料层合板的可靠性分析方法

基于复合材料层合板的一阶横向剪切变形理论,提出了同时考虑层合板面内和分层破坏的可靠性分析方法。该方法考虑了层间应力对层合板分层的影响,结合Tsai-Hill理论和层合板分层判据,给出了安全余量的表达形式,并考虑了各失效模式之间的相关性。在失效分析过程中,采用蔡氏所提出的刚度退化规律进行刚阵的减缩;利用随机有限元方法对安全余量进行敏度分析,结合改进的一次二阶矩法求解可靠性指标;用改进的分枝限界法寻找主要失效路径;用PNET法计算系统失效概率。计算表明,当考虑分层失效时结构系统失效概率有所增加,这是符合工程实际情况的。因此,设计过程中考虑分层失效是必要的。

预测区间技术在航天器数据处理中的理论与应用研究

面对航天领域收集到的大量遥测数据，对其整理、分析就需要运用统计的手段，采用了基于统计推断学的区间参数估计理论的预测区间技术，对传统的模型趋势预测研究进行了拓展。通过对航天数据及其预测模型的深入分析，把握其内在的统计规律，建立了模型预测与区间估计理论相结合的预测区间模型，给出未来数据在一定置信度下的变化区间。最后，将该技术应用于航天器数据预测实例分析，验证了该方法的有效性。

小子样试验精确误差的确定

用蒙特卡罗法,对小子样试验的精确误差进行分析.采用两种分析方法:一是直接利用现场试验的小子样信息量法,另一种是考虑较大子样的试验先验信息量法.分析结果表明,后一种方法给出一个范围较狭的精确限,进而提高了评定试验结果的精度.

不完整结构系统刚度可靠性分析

基于结构强度可靠性分析的基础之上,提出了不完整结构(结构系统中有部分元件已失效,但结构未变成机构仍具有一定的承载能力)刚度可靠性的分析方法。该方法考虑了元件因强度失效对结构系统刚度可靠性的影响,以条件概率的形式给出了不完整结构因刚度失效所对应的模式失效概率。并且导出了条件概率所对应的等效安全余量的形式,进而计算在各失效历程中的各失效模式之间的相关性和刚度失效概率。算例表明这样分析符合结构在变成机构之前在使用各阶段刚度可靠性的真实情况,为结构的合理利用起指导作用。

油罐车行驶速度对隧道火灾温度及烟气蔓延的影响

利用Fluent建立隧道内油罐车运动火灾模型,模拟研究不同行驶速度下,隧道内油罐车发生火灾后的温度分布和烟气输运规律。结果表明,在行驶速度较慢时,隧道内会形成顶棚射流,羽流向运动前方扩散速度较快且温度较高,高温区的影响范围、烟气浓度及分布范围也较大。随着车速增大,顶棚射流的位置更加靠近运动前方,顶棚射流难以形成,油罐车后方形成卷吸的涡旋团流,高温区影响范围也在相对风流的作用下逐渐减小,烟气浓度在油罐车后方的某一位置出现突变。

T型地下综合管廊电缆火灾数值模拟

针对特殊结构的T型地下综合管廊,运用FDS软件模拟不同火源位置及风速条件下管廊内电缆火灾的蔓延情况,分析火灾发生后管廊温度场以及烟气蔓延情况。对T型管廊内不同位置处起火的火灾危险性进行排序,得到管廊内部风速为1.5m/s且电缆处于稳定燃烧期时,交叉口处的烟气层高度最低,发现T型交叉口处的烟气特性,为T型地下综合管廊消防设计提供参考。

火源及通风对地下综合管廊火灾的影响

利用PyroSim软件建立一段L型综合管廊模型并进行火灾数值模拟,并运用Origin软件对温度进行分析,研究了火源特性(火源位置和火源功率)及通风条件(风速和风向)对管廊烟气蔓延及温度变化的影响。结果表明,当火源位于管廊中部且功率大时,高温且有毒烟气能够在更短的时间内充满整个管廊,火灾危险性大;风速过大会造成大量的烟气在拐角处积聚,排烟的效果不与风速成正比。

随机空间梁板结构系统静强度可靠性分析

基于结构系统静强度可靠性分析理论和随机有限元方法,针对随机空间梁板结构系统进行了可靠性分析,给出了安全余量及其对各变量敏度的显性表达式,这样便于计算各安全余量之间的相关性、提高计算精度、改善空间梁板结构系统可靠性的计算方法。最后结合算例说明该方法的应用,算例表明该方法可行,有效。