基于相似分析的地铁换乘站缩尺寸火灾实验研究

基于相似理论,以北京某站台带有屏蔽门的地铁站为例搭建几何比尺为1∶20、温差比尺1∶6的模型实验台,以强热源诱导的高温辐射流代替火源,研究地铁换乘站在B3层(对应实体车站的地下三层)站台发生2 MW的火灾时,3种排烟方案下B3站台层温度及楼梯口速度分布。结果表明:烟气温度在顶棚高度沿站台长度方向蔓延时会发生衰减,并在楼梯所在位置出现大幅度温降。在人眼高度处,温度随着与火源中心距离的增加而降低,在楼梯位置处由于烟气沉降导致温度上升。火灾发生后打开B3屏蔽门、开启B3站台排烟系统、B3轨行区排烟系统和B2站台补风系统后,沿楼梯口向下的最大风速为1.4 m/s,此时应加大排烟量,开启区间隧道排烟系统。

缩尺寸TBM滚刀切割硬岩试样磨损性能研究

为了获得不同硬度滚刀切割硬岩磨损性能变化规律,基于滚刀线性切割实验台,开展了缩尺寸滚刀切割硬岩磨损试验,分析了不同滚刀的磨损垂直载荷、磨损量及磨损形貌等特性。研究结果表明:滚刀硬度对滚刀切割硬岩磨损垂直载荷影响不大,但不同滚刀硬度下的磨损量、磨损形貌及磨屑具有较大差异。随滚刀硬度增加,滚刀磨损量先减小后增大,滚刀磨损形貌由犁沟变形和剧烈微观切削向微弱微观切削及脆性断裂转变,磨屑由长宽丝状向短细丝状及粉状形态转变。存在最优滚刀硬度使得滚刀磨损性能最好,切割文中硬岩试样的最优滚刀硬度为HRC 57.0,研究结果可为滚刀耐磨性设计及其选配提供参考。

隧道内可燃液体蒸气爆燃超压缩尺寸实验研究

为了探索隧道内可燃液体蒸气的爆燃超压及火焰传播规律,该文采用1/20的缩尺寸隧道模型,以不同液体温度(30、40、50、60、70、78℃(沸点))下蒸发产生的乙醇蒸气为爆燃介质,分析不同时间点火的引爆情况及爆燃超压等数据。结果表明:蒸气的爆炸极限受到初始液体温度的影响,当蒸气温度低时爆炸极限范围小,同时所需要的引爆能量也会变大。被引爆乙醇蒸气的超压值沿隧道纵向呈现明显的双峰形状,同时在超压曲线第1次达到峰值时,燃料盘上方压力测点P1低于远离中心位置P2、P3处的超压值。此外,隧道内爆燃超压最大值会随着乙醇蒸气浓度的增加而呈现先增大后减小的趋势。

螺旋隧道火灾特性小尺寸实验研究

为探明螺旋隧道火灾特性,防止人员高温伤害,基于Froude准则,搭建比例1∶67的小尺寸螺旋隧道实验模型,采用模型实验方法研究不同坡度和不同风速下螺旋隧道火灾温度分布规律及烟气蔓延特性。研究结果表明:低坡度条件下,螺旋隧道内高温区以火源为中点呈对称分布状态;随着坡度的增加,隧道内高温区逐渐向下游延伸,火源处拱顶下方温度呈现先增大后降低再升高的变化规律;无论是自然风还是机械纵向通风,新鲜冷空气的吹入对隧道温度的降低起到主导作用,且风速越大,温降幅度越大;随着隧道坡度和自然风速的增加,火羽流由竖直狭长型转变为燃烧不稳定的大截面火焰,同时坡度增加抑制了火灾烟气逆流,促进了烟气向火源下游的蔓延速度,大大提高了排烟的有效性,减少人员伤害。

直升机消防吊桶姿态模拟试验研究

为量化研究直升机消防吊桶灭火过程中消防吊桶姿态对洒水精准度及直升机稳定性的影响,搭建直升机消防吊桶姿态试验平台开展消防吊桶缩尺寸试验。开展来流速度、质量、绳索长度、加装尾鳍4种因素影响下直升机消防吊桶摆动试验,利用以姿态传感器和拉力传感器为核心的数据采集系统采集试验过程中消防吊桶的姿态角和绳索垂直方向的受力。结果表明:来流速度为8、16、24 m/s时姿态角变化极差为7.85°、20.40°、34.84°,绳索垂直方向受力极大值与自身重力之差为0.18、1.13、2.29 N;质量为301、271、241 g时,姿态角变化极差为17.45°、20.40°、38.27°,绳索垂直方向受力极大值与自身重力之差为0.95、1.13、1.17 N;绳索长度为100、150、200 mm时,姿态角变化极差为22.41°、20.40°、19.61°,绳索垂直方向受力极大值与自身重力之差为1.93、1.79、1.56 N;正交试验分析得出不同工况的影响因素大小为来流速度>绳索长度>质量,其中来流速度对试验结果影响极显著(P<0.01);直升机消防吊桶是否加装尾鳍的姿态角变化极差为15.78°、55.76°,绳索垂直方向受力极大值与自身重力之差为0.64、1.06 N。综上,降低来流速度、增加消防吊桶质量、增加绳索长度及加装尾鳍可有效降低消防吊桶姿态变化幅度,提高垂直方向受力的均匀性,从而优化洒水精度和直升机稳定性。

中等火灾对地铁钢筋混凝土结构的影响研究

为探究中等火灾对地铁车站段内结构的影响,采用缩尺寸试验和三维非稳态有限元模拟相结合的方法,对地铁车站结构开展1∶4比例缩尺寸的火灾试验,探究钢筋混凝土结构的变化响应。结果表明:试验所监测到的顶板、右墙和底板处温度变化呈现相似的趋势,而相同监测深度下,柱的温度变化明显高于板和右墙的温度变化;热载荷导致的应变是造成钢筋总应变的关键因素。试验结果与仿真模拟结果的对比表明,数值模拟对某些位置(如右柱中心)的温度预测存在较大偏差,因而,该三维非稳态有限元模型在应用时需进行改进与完善才能进行更准确的预测。

水平隧道火灾临界风速的理论模型

从热物理学的角度,分析烟气不会发生逆流的临界条件,建立控制隧道火灾烟气蔓延的临界风速理论模型。并通过隧道列车火灾的缩尺寸模型试验和数值模拟计算对水平隧道火灾临界风速进行研究,确定理论模型中的待定系数。将理论预测值与Wu和Bakar模型的预测值进行对比研究。研究结果表明:由该模型计算得到的临界风速与试验测试值较吻合,验证了理论模型的可靠性;Wu和Bakar的模型对油池火灾临界风速的预测值偏低,本文所建立的理论模型不适合预测火源功率较高工况下的临界风速。

坡度对隧道火灾烟气温度分布的影响

从能量守恒的角度出发,建立预测隧道火灾烟气沿程温度变化的理论模型,研究坡度对隧道烟气温度的纵向衰减和最高温度的影响。并通过缩尺寸火灾模型试验进一步研究隧道坡度对火灾烟气温度分布的影响规律,共考虑0%,1%,2%和3%4种坡度。并将试验数据与烟气温度的理论模型预测值进行对比,验证其可靠性。试验结果表明:烟气自由蔓延时,无论沿隧道下坡方向还是隧道上坡方向,与火源相同距离处的烟气温度变化与坡度近似呈线性关系;随着坡度的增加,隧道下坡方向的烟气温度降低,隧道上坡方向的烟气温度则逐渐升高,但温度变化幅度不大;当纵向通风风速较大时,不同坡度间的温度差异性逐渐降低;隧道坡度的存在,既有可能加速燃烧,也有可能降低热量。

纵向通风公路隧道火灾拱顶烟气最高温度试验研究

采用缩尺寸模型试验方法,对不同坡度隧道火灾时拱顶附近烟气最高温度与通风风速、火源功率之间的关系进行了研究.试验结果表明,坡度对隧道火灾纵向通风时拱顶附近烟气温度有较大影响,以纵向通风方向为参考方向,随着隧道坡度的增加,拱顶附近烟气温度呈下降趋势.对比分析水平隧道纵向通风下拱顶最高烟气温度的Kurioka模型,引入坡度修正系数,建立了修正后的拱顶烟气最高温度预测模型,可用于有坡度隧道火灾纵向通风时拱顶烟气最高温度预测.

铁路隧道火灾烟气温度场分布规律的试验研究

以我国某铁路水下盾构隧道为背景,针对不同纵向通风风速、火灾规模等因素进行了18组缩尺寸火灾模型试验,对火灾时隧道内烟气温度场的纵向变化规律、高温烟气的蔓延规律进行研究,获得了不同工况下拱顶下方烟气温度纵向分布规律、火区内和火区下游烟气最高温度分布规律,以及火灾蔓延范围等。并根据火区内烟气最高温度的试验数据,得到关于烟气最高温度与纵向通风风速及火灾规模的理论公式。拟合结果表明,该理论公式与试验数据能够较好地吻合,相关性为0.92左右。

集中排烟公路隧道临界排烟速率计算模型

为合理设计公路隧道排烟系统的排烟量,采用1∶20缩尺寸模型试验的方法,研究临界排烟速率对公路隧道集中排烟系统排烟效率的影响。首先,通过测量火源功率的6个数值、不同机械排烟量条件下排烟口下方烟气层温度、厚度,得到不同火源功率下发生吸穿时的临界排烟速率试验值;然后,将试验值与Heselden模型、TM 19-1995模型计算值进行对比,分析2种排烟模式下的临界排烟速率计算模型的差异性;最后,在TM 19-1995模型的基础上,引入火源功率修正系数,得到修正后随火源功率变化的集中排烟隧道临界排烟速率计算模型。结果表明:集中排烟公路隧道内发生吸穿时的临界排烟速率明显大于Heselden模型、TM 19-1995模型的计算值,且临界排烟速率值与火源功率线性相关。

纵向排烟与集中排烟下烟气控制效果的对比研究

以某特长公路隧道为研究背景,采用缩尺寸试验测试、数值模拟的方法分别对纵向排烟和集中排烟模式下隧道内火灾烟气的蔓延特性进行了研究,并对比分析了两种排烟系统在火灾工况下对烟气的控制效果。结果表明,纵向排烟模式将火灾烟气控制在火源下游并从隧道出口排出,高温烟气蔓延范围较长;集中排烟模式通过排烟阀将烟气抽离行车道,有效地控制了烟气蔓延和沉降,高温烟气维持在行车道的上部空间,主要通过竖井排出隧道。采用纵向排烟模式的坡度隧道烟气控制受烟囱效应影响较大,而在设置排烟道的坡度隧道中,将排烟阀开启进行自然排烟就能有效地减弱烟囱效应。因此,采用集中排烟模式的防灾安全性能要优于采用纵向排烟模式。

管廊中不同横向位置线性火源温度场分布研究

为研究不同横向位置线性火源在管廊内的温度分布,将线性火源分别设置在距管廊中心0、20、40、60 cm的横向位置,开展缩尺寸管廊模型试验。研究发现,各工况的纵向温度均随时间增加先增高后降低再升高;最高温度在线性火源距中心的横向距离增大过程中先下降后升高,达到最高温度的时间也先增加后缩短;弧形管壁对火源燃烧存在一定影响;在距管廊中心0 m横向截面处的各工况均在其垂直方向上的角度达到最高温度;在距管廊中心0.5 m横向截面中,各工况最高温度对应的角度均为15°;在火源距管廊中心的横向距离增大时,-45°〜45°区间的温升差距增大。

类矩形盾构施工对地下管线影响的模型试验研究

类矩形盾构隧道开挖使土体以不均匀沉降形式作用于地下管线,导致管线产生纵向变形、破坏。针对类矩形盾构隧道施工,采用室内缩尺寸模型试验,综合考虑管隧相对位置、管线埋深及土体损失率3个影响因素,研究类矩形盾构隧道在砂土地层中施工,地下管线沉降、变形及地表沉降的规律变化。研究结果表明:管隧垂直工况时,管线竖向位移曲线呈高斯分布,竖线位移反弯点出现在隧道轴线附近处,管线弯矩呈"M"型分布,最大竖向位移及弯矩位于隧道轴线正上方;管隧斜交工况所受影响比管隧垂直工况影响更大;管线埋深越大,管线受影响程度越深;管线竖向位移随土体损失率减小相应降低,隧道轴线正上方管线竖向位移与管线最大正弯矩及两个较大负弯矩减小幅度较大,管线两端受影响程度较小;地表沉降受土体损失影响较大,沉降值比管线大。

纵向通风对地铁区间隧道火灾温度特性影响

以西安某地铁站区间隧道为研究对象,基于Froude相似性原理,建立1:10小尺寸实验模型,研究火源功率、纵向通风速度对隧道区间火灾时温度特性的影响,对比分析12.67,15.33和18.24kW3种火源功率在不同风速下的火焰形态、顶棚最大温度分布及顶棚辐射能量。研究结果表明:纵向通风会增强燃烧,增加火焰长度、降低火焰高度,同时降低隧道内温度和顶棚热辐射;当无纵向通风时,顶棚最高温度分布随火源功率呈指数函数关系,随着纵向通风风速的增加,二者相关性逐渐降低;当纵向通风风速大于1.0 m/s时,隧道温度和热辐射主要受火源功率影响。

纵向通风下分岔隧道火灾烟气蔓延特性及控制实验研究

使用1/10的分岔隧道模型开展缩尺寸实验研究,测量不同火源功率和不同纵向通风风速下隧道内纵向温度分布,定性分析隧道火灾发生时热烟气卷吸空气的机制。结果表明:热烟气卷吸空气的根源在于其自身的斜压性和黏性造成的速度剪切。空气卷吸直接影响了隧道顶棚下方最大温度和烟气的流动状态。当无量纲通风风速小于0.19时,相比于单管隧道,分岔隧道内火羽流能够卷吸到更多的冷空气,因此顶棚下方最大温度比单管隧道的低;当无量纲通风风速大于0.19时,热烟气较多地被吹向下游,热量分配形式近似与单管隧道,因此顶棚下方最大温度接近单管隧道。随着通风风速的增加,空气卷吸强度增加,烟气层分层现象不明显。分岔隧道中一部分纵向通风风流能够进入支路隧道,因此其临界风速较单管隧道高。提出了适用于本文考虑的分岔隧道的临界风速计算模型,发现无量纲临界风速与无量纲热释放速率仍然具有与单管隧道类似的1/3幂次关系。

火柴盒大小的铁路微型探测仪

英国科学家2004年2月底发明了一种微型探测仪，这种微缩的高科技数据记录器可以大大减少铁路交通事故发生的几率。这个微型探测仪的重量不足10g，但却拥有四兆字节的内存、一个强大的l6字节的微处理器，以及卫星和移动通讯技术，这些都集成在一个只有火柴盒大小的装置上。

建筑外保温夹芯板燃烧实验研究

夹芯板是一种由铝合金面板和芯材组成的材料,夹芯板具有质量轻便、使用安装高效、防火和耐火性能好、保温和隔热性能好、强度高、可塑性强等特点,是一种常见的新型便捷建筑材料。主要通过改变金属夹芯板的尺寸,测量不同尺寸大小下金属夹芯板燃烧的火蔓延速率、结构变化、温度变化情况,分析处理实验结果,得出不同尺寸的金属夹芯板的燃烧蔓延规律。

Size effects on plastic deformation behavior in micro radial compression of pure copper

Micro radial compression tests were carried out on cylindrical specimens of pure copper polycrystals with different grain sizes. Experimental results indicated that phenomena of decreasing forming force, increasing scatter of forming force and more irregular surface topography occurred with the increase of grain size. A modified surface model based on dislocations pile-up in surface layer grains, and a flow stress scattering formulation based on standard deviation and grain size distribution were proposed to analyze size effects on forming force in micro compression. The inhomogeneous deformation of surface layer grains was discussed by the main deformation manner of rotation. A good agreement with the experimental results was achieved.

Size effect on compressive strength of reactive powder concrete

In this paper the coefficient and law of the size effect of RPC were studied through experiments and theoretical analysis. The size-effect coefficients for the compressive strength of RPC are deduced through experiments.They indicate that RPC without fiber behaves quite the same as normal or high strength concrete.The size effect on compressive strength is more prominent in RPC containing fiber.Bazant's size effect formula of compressive strength applies to RPC.A formula is given to predict the compressive strength of cubic RPC specimens 100 mm on a side where the fiber dosage ranges from 0-2%.