环境风下多层航站楼排烟效果及人员疏散研究

为探究环境风下机场航站楼排烟模式对人员安全疏散的影响,以某航站楼为研究对象,选择多楼层区域作为数据获取范围,针对排烟窗控制模式的33种工况,采用火灾动力学(FDS)软件模拟排烟效果;以北风经东北风转为东风构造风向区间,获得风向与危险到达时间的曲线关系;以0~90°为高侧窗开启角度区间,获得适宜开窗范围,并根据环境风进行安全疏散的判定与优化。结果表明:对于楼内排烟效果而言,若高侧窗全开,无风和低风速下有利于排烟,环境风速较高时,垂直于楼层走势的风向排烟效果较好;在风向区间内,0~70°风向会对高侧窗排烟起促进作用,30和60°风向点最优,顺楼层走势的风向会有烟气倒灌;在高侧窗开启角度内,实际以5~30°下悬窗或全开窗为宜;结合风向下的危险到达时间,进行楼层人员疏散优化,调控后疏散时间比未优化时减少10%。

环境风对高速列车气动噪声特性的影响分析

气动噪声随着列车运行速度的提高急剧增加,是高速列车噪声的重要组成部分。本文使用缩比为1:20的三车编组模型,通过三维瞬态延迟分离涡模型求解高速列车的外流场,分析了环境风对流场结构与声源特性的影响;之后使用FW-H方程进行噪声传播计算,分析了不同速度的环境风对高速列车气动声学行为特性的影响。结果表明:高速列车主要的噪声源分布在转向架附近,在环境风的影响下,列车背风侧声源强度高于迎风侧,列车底部声源强度增幅较大。10 m/s以内的环境风会改变高速列车在尾流区域的声学指向性,并使气动噪声增加2.1∼8.7 dB。相关结论可以为高速列车气动声学设计等研究提供参考。

环境风作用下大型原油储罐火灾的后果模拟研究

大型原油储罐火灾事故具有多发性和灾难性,而且大型原油储罐火灾的燃烧行为易受环境风的影响,因此对环境风作用下大型原油储罐火灾进行后果模拟研究具有重要意义。现利用FDS软件对水平环境风速分别为0 m/s、4 m/s、8 m/s和12 m/s的大型原油储罐全表面火灾进行数值模拟,分析环境风对火焰形态、辐射的影响规律,并进一步基于热辐射通量准则,评价环境风作用下火灾对邻罐的损害程度,提出了相应的安全防治对策。

立体环境风下菲涅尔聚光光伏系统电输出特性

研究聚光条件下实际环境风对系统性能的影响对聚光光伏系统的设计和运行具有重要的意义。针对线性菲涅尔聚光光伏系统,采用光–热–电耦合模拟方法,分析立体环境风的风速和风向角(包括入射角和偏向角)对系统电输出特性的影响。结果表明:随风速增加,平均电效率η_(el)上升,且不同光伏电池板倾角α下η_(el)差异性减小;风向角θ从15°增加到75°,环境风入射角减小,偏向角增大,两者共同作用导致在倾角α≤60°时,η_(el)先单调递增后单调递减,在θ=45°时达到最大,且风速较低时,η_(el)(θ=15°)>η_(el)(θ=75°),风速较高时则相反;在倾角75°时η_(el)表现为先升高后降低再升高的趋势,且风速大小不影响η_(el)的变化规律;随着倾角的增大,各倾角下最大平均电效率对应的偏向角和入射角也逐渐增大。研究结果从理论上揭示了立体环境风对菲涅尔聚光光伏系统电输出特性的影响机制和规律。

环境风影响下高压直流输电换流阀空冷平台换热性能研究

针对北方某换流站换流阀空冷平台,建立了包含换热器、风机、周围建筑及环境风等多种因素在内的三维传热流动数值分析模型,模拟研究了夏季主导风向下环境风对换热器入口空气温度、风机风量和换热量的影响规律,阐明了影响换流阀空冷平台换热性能的主导因素。结果表明:当环境风速由0 m·s^(-1)增加至12 m·s^(-1),空冷平台入口空气平均温度先升高后降低,在风速3 m·s^(-1)时极1、极2空冷平台风机入口平均温度最高,较环境温度分别升高了5.4℃与4.0℃;空冷平台下部负压随着风速的增加不断降低,导致风机入口风量持续减少,在风速12 m·s^(-1)时极1、极2空冷平台风机入口平均风量较无风环境分别降低了12%与8%;空冷平台的换热量随环境风速的增加呈现先降低后升高的趋势,环境风速3 m·s^(-1)时极1、极2空冷平台的换热性能衰减最为严重,两者换热量较无风环境分别减少了39%与29%;通过对影响换热量的主导因素分析,发现热风回流带来空冷平台入口温度的上升是导致换热量减小的关键因素。研究结果可为换流阀空冷平台的设计优化提供理论依据。

环境风影响下换流变压器空冷系统换热性能研究

针对北方地区某高压直流输电换流站,建立了换流变压器空冷系统以及周围建筑物的计算流体动力学仿真模型,研究了不同环境风向和风速影响下空冷系统换热性能的变化规律。研究结果表明:由于周围建筑物的影响,空冷系统的换热性能在不同的环境风向下均有所衰减。当风向为W、风速为6m/s时,环境风流动方向与风机进气方向相反,极1和极2换流变空冷系统的换热能力衰减最为严重,分别下降了38%与40%。在高风速占比最多的NW28°风向下,环境风速逐渐升高时换热器上方的涡旋随着风向移动,迎风侧换热器出口高温气流回流至其他换热器入口;处于迎风侧的变压器2F换热器换热量最低,沿着环境风的运动方向不同位置换热器换热量呈现先升高后降低的趋势。研究结果为深入理解环境风影响下空冷系统换热性能的变化规律提供了理论依据,也为设计适应真实场景的变压器空冷系统提供了技术支撑。

不同环境风下改进半球形吸热器换热特性

为研究改进半球形太阳能腔式吸热器在不同环境风速下的换热性能,建立了吸热器的物理模型,利用TracePro光学模拟软件计算得到吸热管壁的能流分布,折算为体热源加载到吸热管管壁;运用Fluent软件,对倾角在0°—90°的吸热器内导热油与环境的换热特性进行了数值模拟,探究了不同风速和风温下吸热器的各项热损失、导热油出口温度及热效率的变化规律。结果表明:随着环境风速的增加,对流热损失和总热损失呈上升的趋势,出口温度及吸热器热效率呈下降趋势;在低风速下,出口温度及热效率随吸热器倾角的增大而增大,在高风速下,当吸热器倾角在30°时,出口温度和热效率最高;在相同的环境风速下,随着环境温度的升高,吸热器的各项热损失逐渐下降,出口温度呈上升的变化趋势,吸热器的热效率逐渐增大。

环境风作用下变压器油池火燃烧特性实验研究

为研究环境风对室外变压器火灾发展过程的影响,开展不同风速下变压器油池火燃烧特性实验,分析火焰结构、质量损失速率和燃料层温度等特征参数的变化规律。研究结果表明:变压器油池火火焰结构随风速改变发生变化,当环境风速较大时,火焰会出现断裂脱离现象;环境风作用下,油池火质量损失速率具有3类转折点,同时临界风速与浮力诱导速度之间存在线性关系;变压器油池火燃料层自上而下可分为沸腾层和温度梯度层,沸腾层温度约为330℃,沸腾层厚度与环境风速相关性较为显著,与油池直径相关性不显著。研究结果可为变压器火灾防控及消防策略制定提供参考。

环境风烟囱效应对高层建筑竖向通道火灾烟气行为耦合影响

为探究高层建筑竖向通道火灾烟气在环境风与烟囱效应耦合下的输运行为,以赣州市某高层建筑的竖向通道为研究对象,采用Pyrosim建立4种火灾场景的物理仿真模型,并运用火灾动力学模拟软件(Fire Dynamics Simulator,FDS)模拟分析环境风与烟囱效应耦合作用下竖向通道火灾烟气蔓延行为。结果显示:在环境风或烟囱效应单因素作用下,竖向通道中的烟气蔓延速度与CO体积分数均上升;环境风速越大,对竖向通道内火灾烟气温升的抑制效果越强。在环境风与烟囱效应双因素耦合作用下,竖向通道中火灾烟气的相关行为特征更加显著,烟气到达竖向通道顶部时长最大缩减了44.5 s,同高度CO体积分数最大涨幅达到0.13百分点,竖向通道内温升则出现明显削弱现象。研究结果可为高层建筑竖向通道防火及排烟设计提供理论依据。

考虑环境风时碟式太阳能热发电系统用腔式吸热器的热性能模拟

吸热器是碟式太阳能热发电系统中集热系统的关键部件,为了探究环境因素对吸热器热性能的影响,利用光线追踪和数值计算的方法,在考虑环境风的情况下,对腔式吸热器进行了不同工况时的热性能模拟,讨论分析了太阳高度角、环境风风向、风速及传热工质进口状态对腔式吸热器热性能的影响。结果表明:太阳高度角越小,腔式吸热器对流热损失越大;随着环境风风向角的增大,无论风速如何,腔式吸热器的热损失都呈现先减小后增大的趋势,当风向角为135°时的热损失最小,风向角小于45°时的热损失较大;任何风向下,腔式吸热器的热损失都随着环境风风速的增大而增大,且在0°和45°风向角下,腔式吸热器对于风速变化较为敏感;传热工质进口流量的增加会提升腔式吸热器的热性能,进口温度的提高则会降低腔式吸热器的热性能,且对其影响的规律呈线性。

基于环境风温-冷却水温耦合计算的间接空冷塔冬季运行及防冻研究

间接空冷塔是空冷发电机组的重要冷端设备,其换热性能直接影响着整个发电机组的运行情况。本文针对宁夏某电厂的双间接空冷塔系统,在Fluent软件中通过使用用户自定义函数(UDF)对其进行了环境风温-冷却水温的实时耦合计算,进而对其在冬季大风条件下的冻结风险进行研究。结果表明:耦合计算模型具有较好的精度,与各项实测数据相比误差均在5%以内。环境侧风会增加各扇段出口水温的不均匀度,主要表现为迎风扇段出口水温急剧降低。减小迎风扇段的百叶窗开度可提升其冷却水出口温度,但同时会使背风扇段出口水温骤降。当同时减小迎风与背风扇段百叶窗开度时,各扇段出口水温回升且分布更加均匀,整塔冻结风险普遍降低。

热力效应作用下小区风环境风洞试验研究

温度作为影响城市舒适度的主要因素之一,对流场的作用机理到目前为止尚不明确。为揭示温度场对流场的影响规律,基于大尺寸风洞,对不同热力条件下的平均风进行试验研究,得出不同理查逊数R_(b)作用下的人行高度风速、相关测点顺风向速度和雷诺剪切应力分布并进行详细分析。以长沙市某小区为研究背景,探究了不同热力效应下人行高度风场的分布规律,获取了热力条件下典型测点的相关性系数,并利用超越概率的方法定量评估了热力效应下的小区人行高度风环境。结果表明:在-0.38<R_(b)<0范围内,空风洞流场随着热力效应增大,在近地面风速增长相对较大,且随着高度的增加其增幅逐渐减缓;实际中小区人行高度风环境受温度影响整体较小,主要影响集中在风速比0.6以下,最大均方根为0.635,风速比在0.6以上时温度对风速影响效果相对较小;热力效应对人行高度风场的相关性与舒适度影响较小,其最大影响值分别为8%和3.87%。

环境风作用下船舶甲板庚烷油池火下游气体温度分布特性

船舶甲板常处于海上有风环境,发生火灾后难以预测火灾态势的发展,将对船上人员的生命和财产安全构成巨大的威胁,因此开展有风环境下船舶甲板火灾研究十分必要。以船舶甲板上发生庚烷油池火灾为例,运用FDS数值模拟软件建立环境风作用下船舶甲板油池火模型,分析不同风速和火源功率下船舶甲板近壁面气体温度分布特性。结果表明:有风环境下,火源下游甲板近壁面气体温度分布可划分为3个阶段,并对应存在两个温升峰值点;第二温升峰值点下游气体温度随着与火源距离的增加呈现指数衰减的趋势,继而结合量纲分析,建立了无量纲温升与无量纲距离的相关关系模型。

环境风影响下直接空冷机组排汽压力的计算模型

环境风对直接空冷机组的安全经济运行具有重要影响,预测环境风工况下直接空冷机组的排汽压力,是实施空冷岛优化运行的关键。针对某330MW直接空冷机组,建立了空冷凝汽器的数值分析模型,得到了各空冷单元的入口平均温度和空气流量,将排汽压力的计算尺度由空冷岛细化到空冷单元,建立了环境风影响下直接空冷机组排汽压力的计算模型。结果表明:位于环境风下游的空冷单元,其空气入口平均温度受环境风的影响较大,位于环境风上游的边缘空冷单元,其空气流量受环境风的影响较大;有风工况下直接空冷机组的排汽压力要比无风时高,正y方向环境风对排汽压力的影响要大于正x方向;环境风导致空冷机组排汽压力升高的主导因素是使空冷单元的空气流量减少。所建模型能预测出直接空冷机组受到环境风扰动后,达到稳定工况时的排汽压力。

环境风和地形因素在挑流泄洪雾化数学模型中的影响

挑流泄洪雾化是一种复杂的水-气二相流,影响其降雨强度和雾化范围的因素众多。其中,环境风和地形因素被认为是在数值计算中难以考虑的因素。本文应用蒙特卡罗方法将环境风和地形因素的影响添加到挑流泄洪雾化数学模型中,在单独考虑环境风和地形因素的影响下,分别计算出4种典型工况条件下的雾化范围和降雨强度分布规律,以及雾化范围纵向和横向最远点的平面坐标。结果表明,在考虑环境风和地形因素的影响条件下,挑流泄洪雾化数学模型的计算结果同原型观测资料变化规律相一致。

环境风对直接空冷岛换热的影响

以国内蒙达电厂600MW直接空冷机组为例,针对当前直接空冷机组运行中的突出问题——环境风的不利影响,利用CFD数值模拟软件Fluent,对空冷岛外部流场进行数值模拟。发现炉后来风、热风回流、倒灌是造成空冷岛换热效率下降的主要因素,分析了炉后来风、热风回流、倒灌等对空冷岛外部流场和换热性能的影响机理,并得到环境风速与热风回流和倒灌的关系。

环境风垂直切变对0908号台风“莫拉克”影响的分析

利用多种卫星观测资料和NCEP/NCAR提供的风场资料等,分析环境风垂直切变对0908号台风"莫拉克"的强度、对流和降水结构的影响。结果表明:环境风垂直切变不是影响"莫拉克"强度变化的直接因素。"莫拉克"登陆前,在较强环境风垂直切变作用下,最大对流和降水区域均位于顺切变方向左侧,降水呈一阶非对称分布。"莫拉克"登陆后,在较弱环境风垂直切变作用下,最大对流区域出现在顺切变方向右侧距台风中心较远处。

大型电厂2×1000MW机组间接空冷系统环境风影响分析

间接空冷系统作为一种有效的节水型火力发电冷却技术、是我国西北等缺水地区新建采用的主要电厂冷却系统形式之一。间接空冷系统在环境风特别是高温大风条件下的散热能力及变化规律值得深入研究。利用计算流体力学方法,对一个2×1 000 MW大型电厂间接空冷系统实例进行了计算。通过对空冷塔及周围速度场温度等流场细节的分析,从经济型和安全性两个方面分析了系统散热能力的变化规律。结果表明,小风条件下间接空冷系统散热能力较好,背压波动幅度很小;大风条件下散热能力迅速恶化,高温大风条件下机组难以满发。

环境风速垂直切变对西北太平洋热带气旋强度变化的影响

利用2000---2006年中国气象局《热带气旋年鉴》和NCEP再分析日资料，对环境风垂直切变对西北太平洋热带气旋（TC）强度变化的影响进行统计分析。首先比较了不同高度层之间、不同水平区域平均的全风速垂直切变和纬向风速垂直切变对TC强度变化的影响，结果表明，全风速切变对TC强度变化的抑制作用显著大于纬向风速垂直切变；以200～800km的圆环区域平均计算的风速垂直切变与TC强度变化的负相关最显著；中高层的风速垂直切变与TC强度变化的相关优于中低层。其次，全风速切变大于8m／s后抑制TC增强，且这种抑制作用存在6．60h的滞后。全风速垂直切变大时，滞后时间较短：当全风速切变为8～9m／s（9—10m／s）时，TC强度在未来60（48）h开始减弱；当全风速切变大于10m／s时，TC在6h内开始减弱。最后，利用偏最小二乘回归建立TC强度变化的预报模型PLS—STIPSV。结果表明，加入风速垂直切变因子后对TC强度预报有所改进，并通过分析标准化回归系数进一步证实了上述的统计结果。

环境风作用下室内火灾自然排烟研究

以双区模型思想为基础,对环境风作用下建筑室内火灾自然排烟过程进行理论分析和数值模拟研究。引入风压系数计算环境风对建筑各外表面形成的附加风压,在此基础上对排烟口和补气口处内外压差进行分析,同时对烟气流动分别进行质量和能量守恒分析,建立了有风条件下水平自然排烟口烟气质量流率的数学表达式,并给出了烟气层高度和温度的理论计算方法。实际采用水平自然排烟系统时,应对补气口位置进行合理选择,尽量选择处于迎风面的补气口进行自然补气,使总风压系数为正,以提高排烟效率。