倾斜隧道强浮力羽流作用下的气流特性及盐水实验技术研究

发布时间：2020-11-16 00:45

　　现如今,随着能源日益紧张以及城市地上用地空间减少所带来的限制,地下空间的利用正逐渐受到人们的关注。隧道以其交通方面的独特优势,也越来越多的被加以研究。一方面,由于以往的研究重点大多针对水平隧道而忽略了倾斜隧道,故本文将重点研究倾斜隧道的气流特性。另一方面,研究隧道火灾常用的传统方法有空气实验法、计算机模拟法。本文引入盐水实验法,重点研究盐水实验的原理、操作流程及数据处理方法,并通过盐水实验来研究倾斜隧道火灾的气流特性。首先,本文研究了盐水实验技术方法,通过介绍相似理论,阐明了盐水实验的实验原理及其应用于现实中的可行性。之后详细阐述了实验数据的提取方法,结合MATLAB软件程序,使得盐水实验不仅可以实现可视化,还可以得到精确的实验数据,从而解决了以往盐水实验无法得到准确全面的实验数据的弊端。改变了盐源出口的结构,在保证流体雷诺数大于1000的基础上,减小了盐源出口初始动量不为零所带来的误差。之后对盐水实验方法进行优劣势分析,以对其展开更深入、更全面的研究。本文所建立的实验设置方法可以为其他相关通风实验提供一定的参考依据。然后,本文探索了在倾斜隧道自然排烟状态下由连续流体释放引起逆流的动力学问题,建立了相关理论分析。重点关注隧道火灾中防止逆流发生的临界条件,首先从相对较简单的绝热系统开始研究,然后考虑烟气与隧道壁面存在热交换的较复杂情况。假设倾斜隧道自然排烟状况下的纵向风速是由烟囱效应引起的,推导出预测倾斜隧道临界条件的理论方程。研究发现倾斜隧道在自然排烟时,火源上游诱导的气流速度也可能达到临界风速,进而保证火源上游不受烟气的侵蚀。也明确一点,临界条件与浮力源位置有较大的关联而与浮力源的浮力通量并不存在明显的关系。之后,本文采取盐水实验对倾斜隧道自然排烟的理论分析进行验证模拟。采用盐水实验模拟法探究火灾逆流长度以及逆流层和环境之间的密度差等参数的变化规律。实验结果表明,在一个固定的实验构造中,逆流长度与释放源的浮力通量无关,而逆流层与环境之间的密度差与浮力通量的0.52次幂正相关并且逆流层流体密度明显大于火源下游流体密度。在浮力通量值变化较大的情况下,理论分析得出的结论均是有效的。这也说明在没有任何机械流动的情况下,可以在一个倾斜隧道内实现临界状态,能否达到临界状态主要取决于浮力源的位置。最后,本文采用FDS数值模拟软件再次验证理论分析的正确性。研究其参数设计方法,以将盐水实验参数设计与模拟参数设计统一,使两种方法很好的与现实情况结合起来。数值模拟的结果与盐水实验结果基本一致,从而再次验证倾斜隧道自然排烟气流特性理论分析的正确性。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U456
【部分图文】：

示意图,示意图,三维矩阵,灰度图

图 2.1 RGB 彩色立方体的示意图Fig. 2.1 Diagram of the RGB cubeLAB中，任意一张RGB图片均可通过一个M×N×3的三维矩阵三个维度均为 M×N 的一维矩阵来表示。其中，M 代表矩阵列数。三维矩阵的每个子矩阵分别表示图片在 R、G 和 B 片中的每个像素点上所呈现的颜色均由 R、G 及 B 三个方。图 2.1 为 RGB 三色立方体所表示的彩色空间，如图所示分别代表色光三原色（红、绿、蓝）及二次色（青色、黄两个顶点分别代表黑色和白色。灰度线是从坐标原点（0，点（1，1，1）的白色之间的主对角线，因此可知灰度图是，即在灰度图中 RGB 三个分量的取值是相同的。RGB 图和用到的两种图像，其中所运用的 MATLAB 图像数据处理功黄色

红色染料,染料浓度,像素点,灰度值