论文摘要
城镇化进程的不断加快,人口大量迁入城市,对城市环境及地面交通带来巨大挑战。城市轨道交通,如地铁、轻轨等对地面交通压力起到极大的缓解。城市轨道交通的快速发展,也为其消防安全带来了挑战。地铁区间隧道出入口少、通道狭窄、疏散距离长、人员多,因此,隧道火灾容易造成人员恐慌。隧道火灾安全及相关研究,越来越受到重视。目前,国内外对于隧道火灾烟气流动特性的研究方法主要有试验研究和数值模拟两种,大多数研究采用小尺寸模型试验和CFD软件数值模拟相结合的方式。商用CFD软件进行隧道火灾烟气的数值模拟,尤其是长大区间隧道,所需的网格数量较大,计算机模拟运行时间较长。因而,研究区间隧道火灾数值模拟网格划分方法,探讨一种计算精度较高、工程应用相对简便的网格划分方法,在保证计算精度的同时,减少计算时间,从而简化隧道火灾烟气流动数值模拟,使其达到实用化的程度。网格划分方法的研究,对于隧道烟气控制系统设计与评价具有重要的意义。作者总结国内外有关隧道火灾烟气流动的数值模拟的研究,并对隧道火灾数值模拟网格划分的国内外研究现状进行了概括。论文归纳了区间隧道火灾烟气流动数值模拟相关的流体力学理论,以及CFX软件中与烟气流动模拟相关的燃烧模型、湍流模型和热辐射模型。提出了CFX软件模拟烟气流动,网格可靠性验证的判定准则;以1:10小尺寸隧道模型试验台的试验结果,验证了CFX软件的独立性参数以及CFX研究隧道火灾烟气流动的可靠性。隧道的长度尺寸相比隧道宽度及高度大很多,与一般建筑空间其几何特征不同,根据隧道烟气流动的特点,提出了分区、分段划分网格的构想,即火源附近区域采用精细网格,其他区域采用粗网格。在此基础上,研究了隧道火灾热释放速率与纵向风速对细网格区域长度的影响,以及粗网格尺寸与细网格尺寸的关系,并在长大区间隧道的模拟中验证了该网格划分方法能极大的减少数值模拟时间。将网格划分方法应用于工程案例,将模拟结果与全尺寸试验隧道顶棚沿程温度测量结果进行对比,探讨了论文提出的网格划分方法的应用。论文提出了CFX软件模拟区间隧道烟气流动,网格独立性验证的准则,即可根据火源特征直径D*确定网格尺寸。当区间隧道火源热释放速率小于7.5MW时,粗、细网格尺寸的比例可为3:1,即远火源区粗网格尺寸可取细网格尺寸的1-3倍之间。不同的火源热释放速率,细网格区域长度不同,火源热释放速率越大,精细网格区域长度取值越大。火源热释放速率2.5MW、5MW以及7.5MW的细网格区域长度分别为100m、150m和200m。论文提出的网格划分方法应用于实际工程案例,验证了该网格划分方法在实际工程应用的可信性。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 何闯
导师: 刘方,翁庙成,曾臻
关键词: 软件,网格独立性参数,网格划分,细网格区域长度,网格尺寸比例
来源: 重庆大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑
专业: 数学,工业通用技术及设备,公路与水路运输
单位: 重庆大学
分类号: U458;TB115;U453.5
DOI: 10.27670/d.cnki.gcqdu.2019.001437
总页数: 104
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