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[硕士论文] 韩悦
机械制造及其自动化 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:防爆筒作为安防领域应用较为广泛的防护容器件,起到隔绝和减少危险物品对外界的损伤的重要作用,为人民的生命和财产安全提供了有力的保障。由于国内大部分防爆筒封口处结构简单、价格低廉,多为手动近距离开启,导致其不能很好的承受设计要求的抗爆当量,在使用过程中存在较大的安全隐患。针对防爆筒的现有结构和存在的使用弊端,本文设计了防爆筒盖及其自动启闭装置,主要对其作了如下几方面研究:
  (1)通过经验公式和逆向设计原理对爆炸比例距离、密闭防爆筒内冲击波超压大小、所需泄压面积进行计算与评估,为已有防爆筒的封口结构设计和防爆筒盖所需设计参数提供依据。
  (2)完成推拉式防爆筒盖和端口的结构设计,并建立其三维模型。基于动力系数法,将动态爆炸冲击力转换为等效静态力,通过ANSYS14.5有限元分析软件对模型进行静态分析,研究结构在等效力作用下的强度和刚度问题。对防爆筒进行抗爆性能试验测定,通过试验结果发现端口结构产生了严重的断裂失效。
  (3)通过对防爆筒端口设计的不足之处进行分析和改进设计,同时重新对防爆筒盖进行了设计;本着轻量化设计的原则,进一步着重对防爆筒盖进行了优化分析。通过敏感度分析筛选出影响盖体强度和刚度的主要因素,并以其为优化变量得到最佳工艺参数。在显示动力学程序autodyn中对优化后的防爆筒盖体,防爆筒壳体、炸药和空气进行数值建模和参数设定,通过计算机数值模拟,更为精准的观察防爆筒盖在爆炸情况下的动力响应。
  (4)设计了基于机—电—气一体化控制系统的防爆筒自动启闭装置;对直线驱动件气缸、主要气压元件换向阀、旋转驱动件回转支承等关键工作部件的进行了的理论和选型,为后续的控制系统建模仿真所需的特性参数提供数据支持。通过西门子S7-300软件,确定了以模糊自整定PID算法为基础的相关控制系统的设计方案。
  (5)建立整个控制系统的数学模型,通过Matlab软件对控制系统分别进行常规PID控制和模糊自整定PID控制的仿真模拟分析,对比观察主从控制系统的阶跃响应,分析结果表明基于模糊自整定PID控制算法的控制系统稳定无超调,误差基本控制在2%左右,满足理论设计要求,并初步完成样机的搭建。
[硕士论文] 胡鸣
安全科学与工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:高层学生公寓竖直高度高,人员密集,公寓楼内可燃物多,学生乱用电器设备引发短路、过载等现象极易引发火灾,部分学生在宿舍内吸烟,也是学生公寓发生火灾的一大诱因,一旦发生火灾,如何尽快将人员安全疏散十分关键。因此,系统研究高层学生公寓安全疏散影响因素,对保证火灾下人员的安全疏散有着重大意义。
  本文通过理论分析、软件模拟、现场试验,对高层学生公寓安全疏散影响因素进行识别,并对影响因素间相互作用关系与其重要程度进行研究:
  1.利用安全疏散理论,结合高层学生公寓安全疏散实际情况,对高层学生公寓安全疏散影响因素进行识别研究,并建立高层学生公寓安全疏散影响因素识别体系。
  2.应用Pathfinder软件对高层学生公寓人员疏散进行模拟,研究了关键影响因素建筑结构、疏散系统以及疏散演练与现场指挥的影响程度,发现了人员疏散时楼梯入口、楼梯拐角等处人员密度极大,人员疏散速度缓慢,现场指挥可以有效提高人员安全疏散效率。
  3.通过设计实施不同能见度下学生公寓长走廊人员疏散现场试验,研究了关键影响因素能见度对高层学生公寓安全疏散的影响程度,获取了不同能见度下人员疏散速度——密度关系曲线对比图以及疏散敏感密度区间。
  4.依据DEMATEL方法理论,结合二元语义理论对各种高层学生公寓安全疏散影响因素间相互作用关系及其重要程度进行了研究,得出最核心影响因素、原因因素和结果因素等。
[硕士论文] 张万利
公共管理 大连海事大学 2018(学位年度)
摘要:近些年来,中国经济一直以保持着高速发展,社会生产力水平不断提高,人民群众的生活质量也随着经济的发展有着较大提升。随着企业数量和规模的不断壮大,发生各类安全生产事故的数量也在不断提升,安全生产问题日益突出,安全生产工作也得到了越来越高的重视程度,不管是中央还是地方各级政府都先后出台了一系列政策和措施,以保障安全生产减少各类事故的发生。街道作为安全监管的第一线工作者,研究街道安全生产监管现状,分析并解决制约街道安全监管力量发展的原因,对促进安全生产形势持续稳定好转意义重大。
  本文选取大连市普兰店区街道为研究对象,采用理论研究与应用研究相结合的方法,运用公共管理学、社会学的相关理论,对普兰店区街道安全生产监管情况进行研究分析,提出解决方案。首先在研究背景和意义的基础上,从国外和国内两方面的研究入手,确定了研究思路和研究方法。随后对本文涉及重要概念和理论基础进行解读。在总结分析了普兰店区安全生产监管现状、采取的措施和成效以及重点工作后,运用访谈法、问卷法等方式确定了普兰店区街道安全生产的主要问题,并对问题产生的原因展开了分析。总结了英、美、日等发达国家和中国杭州余杭、山东东营、浙江诸暨和湖南永顺等地区在安全生产监管方面的先进理念和做法是安全监管体制机制改革、互联网技术的使用、第三方和社会参与和人才筛选及考核等。在学习借鉴先进经验基础上,结合普兰店区街道的实际情况,提出完善监管制度建设、改变街道监管考核标准、改革街道安监机构设置和加强街道安监队伍建设等建议。
[硕士论文] 于欣
安全科学与工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:在目前巷道内湿喷混凝土的多道作业工序中,卸料作业是主要产尘点。针对卸料作业中卸料点“工业尘暴尘流”的现象及卸料产尘具有的阵发性、瞬时性等产尘特点,综合运用理论分析、数值模拟、正交试验、模拟实验等多种研究方法,以制备混凝土过程中所需原料中的水泥为研究对象,对混凝土卸料作业过程中的水泥尘产尘规律及控尘优化措施进行研究。
  根据对阵发性卸料产尘的尘源及产尘机理的分析,对卸料过程中影响产尘的四个因素:卸料斗和接料斗结构、卸料高度、卸料角度、巷道内风流压力进行正交试验设计,得到九组不同的工艺参数水平组合,应用CFD数值模拟软件对九组组合进行数值模拟,揭示了各因素对呼吸带高度卸料点产生的水泥尘扩散的影响大小,优选并设计出较好的工艺参数组合,从卸料工艺角度达到控尘效果。
  由于喷浆作业要求在短时间内完成多次卸料作业,为保证混凝土制备速度能够满足喷浆作业的需求,应用优选的卸料工艺参数组合,对诱导风流机制下的阵发性产尘进行数值模拟。以两次落料为研究代表,分别分析一次落料和二次落料的阵发性水泥尘运移规律,对比分析不同卸料时间间隔下二次落料完成时的水泥尘运移规律,对呼吸带高度的水泥尘浓度变化进行重点分析,并经计算分析得到相关曲线方程,模拟结果为喷射混凝土阵发性卸料的工序配置和劳动组织的优化设计提供研究方法及依据。
  基于以上数值模拟结果分析,通过相似理论建立卸料实验台,设计卸料粉尘防治方案。对卸料工艺参数数值模拟和阵发性产尘数值模拟分别进行实验验证,并与原卸料方式的实验数据和改进的活页板卸料方式的实验结果进行对比,数据及规律的吻合性说明数值模拟可以对喷射混凝土阵发性卸料作业进行预测和指导。实验结果表明:优化的卸料工艺、对阵发性卸料间隔时间的把握以及改进的卸料板卸料方式均能够减小卸料产尘浓度,减少混凝土制备过程粉尘污染,创造井下混凝土喷射作业清洁的施工作业环境。
[硕士论文] 刘凤
工程管理 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着科学技术的发展,能源节约与新能源汽车的大力发展成为时代的主流。天然气作为对环境污染较小的新能源之一,已普遍被推广使用,并带动了一大批压缩天然气站的建设。然而天然气属于易燃易爆物品,一旦引发事故,后果不堪设想。因此提出保障加气站安全的有效措施,控制加气站安全事故诱发因素显得尤为重要。本文依托贝叶斯网络相关理论,结合CNG加气站自身特点,从CNG加气站安全性入手,分析出影响CNG加气站安全的风险因素,构建CNG加气站安全评价指标体系,借助GeNIe软件,建立了能够反映影响因素间因果关系的贝叶斯网络模型,并以山东曲阜CNG加气站作为实证研究对象,对其安全性进行了模拟评价,主要研究内容如下:
  识别出影响CNG加气站安全的主要因素,建立了安全评价指标体系。充分考虑影响CNG加气站安全的多个因素,如环境、人的行为、管理和加气站设施设备等,并对各因素展开研究,确定了各个因素所包含的具体表征指标,构建了目标层、准则层、指标层三个层级的CNG加气站安全评价指标体系。
  建立了基于贝叶斯网络的CNG加气站安全评价模型。在构建指标体系的基础上,建立基于贝叶斯网络的CNG加气站安全评价模型:首先使网络节点与指标体系各层级的指标因素一一对应,将评价指标体系转换为贝叶斯网络结构;然后,划分安全状态等级,设计问卷调查计算证据节点各状态等级的先验概率,并将其输入GeNIe软件,设置参数变量,创建映射,进行参数学习,更新模型,计算出剩余节点不同状态的条件概率值,依据最大隶属度原则,对研究对象的安全状态做出评价;最后对贝叶斯网络模型评价结果校验并进行逆向推理分析。
  以山东曲阜CNG加气站作为实例对已构建的贝叶斯网络模型进行验证。通过模型的模拟推理表明:山东曲阜CNG加气站隶属于“中(Medium)”,安全等级为“3”级,即相对安全、风险一般;准则层因素对CNG加气站安全影响由大到小依次排序为设施设备、人为因素、管理因素、环境因素;影响CNG加气站安全的关键因素分别为净化系统、员工素质、安全教育培训与演练、选址及自然条件。经过校验,基于贝叶斯网络模型得到的CNG加气站安全评价结果是有效的,不仅可为加气站的安全管理决策提供依据,而且对加气站工作人员规避风险、保障加气站的安全运行具有指导意义。
[博士论文] 李静媛
管理科学与工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:事故的产生源于物的不安全状态和人的不安全行为,其中人因是最主要的因素。近年来,许多学者从个体心理特征角度出发对个体行为进行理论与实践研究,探求个体安全生产行为水平提高的前因后果。其中个体主动性这一重要个体心理特征越来越多的被纳入安全行为领域的研究范畴。社会认知理论认为人的行为、认知因素和环境三者彼此相互联系、相互决定,“个体-行为-环境”呈一个互为联系的闭环态势,有必要基于主动性差异划分安全生产行为,揭示不同主动性个体安全生产行为演化的影响机理,分析不同主动性个体安全生产行为演化的动态机理,探索不同主动性个体安全生产行为演化的认知机理,为组织实施差异化、多元化管理和提升不同主动性个体安全生产行为主动性水平提供理论及应用依据。主要研究内容包括:
  第一,建立不同主动性个体安全生产行为演化机理理论框架。从个体主动性的内涵与不同主动性个体类别划分、安全生产行为内涵与结构划分、安全生产行为演化机理内涵及阶段划分出发,通过对不同主动性个体安全生产行为演化机理经典理论的分析与比较,遴选社会心理学派的计划行为理论、组织行为学派的人-组织匹配理论、进化心理学派的理性行为演化理论以及认知心理学派的信息加工理论作为不同主动性个体安全生产行为演化机理适用理论,并构建不同主动性个体安全生产行为演化机理研究理论框架。
  第二,构建不同主动性个体安全生产行为演化影响机理概念模型。以个体主动性作为不同主动性个安全生产行为演化内因,以群体、组织、环境因素作为不同主动性个体安全生产行为演化的关键外因。遵循理论分析与假设提出的研究逻辑,运用文献分析、扎根理论等研究方法识别关键外部环境影响因素,基于此提出不同主动性个体安全生产行为演化机理理论假设,并建立不同主动性个体安全生产行为演化机理概念模型。
  第三,分析和验证不同主动性个体安全生产行为演化影响机理。遵循假设提出和假设验证的研究逻辑,运用结构方程模型验证不同主动性个体安全生产行为演化内部影响因素(个体主动性)和关键外部影响因素(群体、组织、环境)对不同演化阶段的影响程度。验证内外影响因素分别对演化第一阶段(安全被动行为向安全服从行为演化)和演化第二阶段(安全服从行为向安全主动行为演化)的影响的显著性程度。为后文提出提升不同主动性个体安全生产行为主动性水平的管理建议提供理论基础。
  第四,分析和验证不同主动性个体安全生产行为演化动态机理。遵循假设提出和假设验证的逻辑研究,运用演化博弈验证不同主动性个体安全生产行为演化不同阶段的演化路径。按照安全生产行为演化阶段,分析安全生产行为演化路径,基于理性行为演化理论分析个体行为与组织管理各自损益,运用仿真模型揭示个体与组织相互博弈促使安全生产行为演化的动态机理,探究个体安全行为主动性水平转化与组织安全生产管理模式变革对演化结果的影响。
  第五,分析和验证不同主动性个体安全生产行为演化认知机理。遵循理论分析-理论假设提出-实验假设提出-实验假设验证-理论假设验证的研究逻辑,运用事件相关电位技术及行为实验分析验证不同主动性个体安全生产行为演化脑认知机理。运用事件相关电位技术揭示不同主动性个体安全生产行为演化的认知机理。模仿实际工业自动化控制背景,以视觉失匹配(vMMN)作为衡量指标,探究不同主动性个体面对实际操作场景下的安全报警信号时大脑的反应状态及波幅,对颜色、形状和朝向三项指标进行对比分析,揭示不同主动性个体安全生产行为演化的认知机理。
  最后,提出提升个体安全生产行为主动性水平的管理建议。综合不同主动性个体安全生产行为演化影响机理、不同主动性个体安全生产行为演化动态机理以及不同主动性个体安全生产行为演化认知机理的分析及验证结果,依据“个体-行为-环境”关系和不同主动性个体安全生产行为演化的阶段(安全被动行为向安全服从行为演化,安全服从行为向安全主动行为演化),提出提升不同主动性个体安全生产行为主动性水平的导向建议、激励建议和应急建议。
[硕士论文] 崔为玉
公共管理 大连海事大学 2018(学位年度)
摘要:随着中国经济和社会的不断发展,人们对安全生产的重视程度越来越高,对预防和减少安全生产事故的要求也越来越迫切。近年来,各级安全监管监察部门也逐渐认识到安全监管队伍建设在安全生产中的重要性,积极推动“人才强安”战略的深入实施,不断加强安全生产监管人才的队伍建设,安全生产的监管形势也发生了根本性好转。但是中国当前的安全生产形势依然严峻,安全生产责任事故时有发生,监管人员监管能力不足仍然是其重要原因之一。
  本文以烟台市芝罘区为例,对烟台市芝罘区当前安全生产监管队伍建设的现状进行了系统的研究。本文以对芝罘区安全生产监管人员的调查问卷为基础,从芝罘区安全监管人员的构成、工作积极性、机构设置、履职情况等方面介绍了芝罘区安监系统队伍建设的情况,并通过翻阅大量的文献资料和实际的走访调查,总结出当前烟台市芝罘区在安全生产监管队伍建设方面存在监管人员相对不足、监管人员监管水平不高、对监管人员的保障严重滞后、安全生产监管队伍不稳等四方面的问题。随后对芝罘区安全生产监管队伍建设存在的这些问题进行了细致的研究分析,分析出了芝罘区安全监管队伍建设存在问题的原因,主要是由于存在部分领导对安全生产监管重视不够、监管人员准入门槛不高、监管人员培训不成体系、缺乏有效的激励制度、对监管人员的监督考核不合理等五方面原因造成的。然后通过对美国、英国、日本等发达国家以及国内其他经济发达地区在安全生产监管队伍建设方面的先进经验进行分析,总结出这些地区在安全监管队伍建设上有职业化的监管队伍、垂直模式的机构设置、注重安全生产监管人员的业务培训、重视社会参与的作用等四个方面的先进经验可供借鉴。
  最后根据芝罘区经济社会的发展状况和安全生产监管队伍建设的实际情况,最终在强化顶层设计(的)建设专业化监管队伍、强化监管人员的培训、完善监管人员的保障体系、建立合理(的监)督考核机制、注重引入社会力量参与等六个方面对芝罘区安全生产监管队伍的建设提出了建议。
[硕士论文] 袁安祺
动力机械及工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:本质安全型防爆设备是指设备内部的所有电路在正常工作或者规定的故障条件下,产生的所有电火花以及热效应都不会点燃规定的可燃性气体的本质安全型设备。
  本文对一台六关节机械臂进行了研究,选取六关节机械臂的第三个关节模块,对它进行了本质安全防爆性能的分析。机械臂的关节模块包括一台小功率的无刷直流电机和一台谐波减速器。首先对驱动关节模块进行了热源分析,利用经验公式计算了驱动关节模块各部分的损耗,计算可以得到额定工况和空载条件下的基本铜耗分别为11.73W和1.30W,单个功率管的损耗分别为1.47W和0.51W。定子损耗为21.79W,减速器损耗为43.50W。
  利用计算得到的损耗,通过Ansys Workbench中的稳态热分析模块对驱动关节模块进行了热仿真和热测试,对驱动关节模块额定工况和空载条件下外表面的温升进行了计算分析。从得到的结果可以看出,在空载条件下,驱动关节模块各表面温度低于温度组别所要求的温度,最高只有50.37℃。在额定工况的条件下,驱动关节模块大部分零部件最高表面温度都不超过53.22℃,但PCB板上的最高表面温度较高,大约为93.73℃。
  本文还对产生损耗的定转子、减速器和控制电路单独进行了计算分析,其中定转子和减速器的最高表面温度不超过63.91℃,但PCB板最高表面温度达到了97.69℃。为了使驱动关节模块和电路中的各元器件具有更长的寿命以及更高的可靠性。本文还对驱动关节模块的散热性能进行了优化设计。首先对部分零部件的材料进行了优化设计,比如外壳和连接法兰等零件改用了7050这种导热性能更好的铝合金。由于减速器、定予以及PCB板是驱动关节模块的主要发热源,所以本文在跟减速器和转子接触的电机轴的表面设计了散热孔结构,加快了驱动关节模块的散热速度。从计算得到的结果来看,空载时,驱动关节模块各零部件的最高表面温度稍有降低,最高降低了2.05℃。同样,在额定工况下改进后的各零部件的最高表面温度也有所下降,最高下降了2.21℃。
  根据《GB3836.4-2010爆炸性环境第4部分:由本质安全型“i”保护的设备》对本质安全电路的要求,给电路的外接电源添加了保护,利用35A保险丝给48V外接电源添加了过流保护。利用电火花能量计算公式,分别计算了电感性电路、电容性电路和电阻性电路中可能产生的火花能量的大小。对于不符合要求的电容,本文使用了串接电阻并浇封的方法,调整了有效电容的大小达到了限制能量的目的,电阻的阻值分别为5Ω、10Ω以及50Ω。对于不符合要求的电感线圈,在两端并联了两只续流二极管作为保护电路。通过上述措施尽可能的减小了可能产生的电火花的能量大小,使其不会点燃矿井下的爆炸性气体混合物。
  控制电路产生的电火花以及驱动关节模块的热效应是点燃爆炸性气体混合物的主要因素。因此本文通过对驱动关节模块的热效应和电火花的形成机制的研究,对驱动关节模块进行了防爆性能分析和优化设计,使其安全性能大大提高,对本质安全驱动关节模块的防爆有着重要的意义。
[硕士论文] 蔡尔银
安全工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国教育事业的发展和投入以及人们学习观念的增强,现如今越来越多的人前往图书馆学习知识。而图书馆由于它自身的功能特性,其拥有大量的纸质藏书、资料和众多木质材料的书架桌椅以及图书馆是个人员密集的公共场所,一旦发生火灾不仅会使图书馆遭受巨大的损毁还会危及到图书馆馆内人员的生命健康安全。中庭建筑是在建筑物内部存在有连续好几层都垂直连通在一起的空间。中庭火灾的特点是火灾烟气会沿着中庭迅速蔓延至各层,容易造成火势的扩大,造成大量人员伤亡和经济损失。所以研究中庭式图书馆火灾具有一定的现实意义。
  本文所选的研究对象是具有中庭建筑结构的安徽理工大学校图书馆。本文通过实地测量图书馆的尺寸数据,首先使用火灾模拟软件Pyrosim软件建立图书馆物理模型,同时根据图书馆火灾实际情况特点对模型设定一系列相关火灾特征参数,并确定图书馆最有可能发生火灾的三个火源位置。然后使用FDS软件模拟三个火源位置在机械排烟正常与失效情况下的火灾发展情况,判断不同火灾场景下各层的危险临界时间。再使用人员疏散软件Pathfinder建立图书馆人员疏散模型,模拟人员逃生过程,得出各层人员撤离完毕所需要的运动时间,通过与之前火灾模拟得出的危险临界时间对比分析后判断各火灾场景下人员能否安全疏散。最后提出了相应的措施建议。
  通过火灾数值模拟和人员疏散模拟的结果,分析得出:中庭加快了火灾火势的蔓延;火源位置所在的楼层越低,火灾烟气影响的楼层就越多;对人员疏散的可用安全疏散时间影响最大的是能见度,通过模拟可知在各种火灾场景下能见度是最先到达危险临界值;除了着火层外,中庭位置是所在层温度、CO浓度最高的地方,能见度最低的地方;机械排烟增加了人员可用的安全疏散时间,有利于人员安全疏散;疏散线路的正确选择有助于提高安全疏散的几率。
[硕士论文] 宋雁
安全工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:20世纪90年代以后,中国经济增长速率开始领跑世界,消费水平显著增加。在享受日益丰富的物质生活后,人们开始有追求有目的地建设属于自己的精神文明,于是,一些娱乐场所便在人们的生活中应运而生。娱乐场所大多建设在人口密度大的地方,人们在享受着巨大人流量带来的便利的同时,如果突发火灾,相应地也很容易带来大量的人员伤亡和巨额的经济损失。
  一般地,像KTV、酒吧、舞厅、电影院、游戏厅等娱乐场所都具有建筑面积大、建筑结构复杂、人员对场所熟悉度不够、人员密集、易燃物多、出口偏少、疏散通道不畅等特点,如突发火灾,容易造成恐慌和拥堵,形成哀鸿遍野的局面。为努力创建避免人祸的和谐社会,研究娱乐场所在发生火灾时烟气蔓延规律是非常必要的。
  本论文以某中庭类KTV娱乐场所为研究对象,建立数值模型,设置多个不同的火灾场景,即火源位置不同、火源功率不同的火灾场景,防火卷帘是否放下的火灾场景,然后进行模拟计算,从中可以得到不同场景下火灾烟气的流动情况,温度、CO和CO2的变化情况等。从模拟结果中可以知道:火源在同一楼层不同位置时,底层房间发生火灾比中庭内部发生火灾时蔓延速度更快;火源在不同楼层同一垂直位置时,火源在高楼层比在低楼层影响小一些,着火楼层越高,火灾波及范围越小;火源位置相同时,对建筑物内不同楼层的影响不一样,对火源所在楼层以及上方楼层影响比较大,对火源下方楼层影响相对较小;在KTV娱乐场所没有安装喷淋、安装普通喷淋、安装快速响应喷淋三种情况下,即在火源功率增大的情况下,能见度降低速度越快,烟气升温速度越快,其危险性越大;房间内发生火灾时防火卷帘是否放下对烟气蔓延影响很大,防火卷帘可以隔断中庭与周围未着火的楼层,使得烟气无法通过中庭向周围楼层扩散,为非起火楼层人员疏散赢得了时间,对起火楼层有轻微的不利。模拟研究的过程,还有所得出的结论可以为火灾风险评估、建筑优化设计和人员安全疏散提供参考依据,具有很大的现实意义。
[硕士论文] 毛珊珊
电子与通信工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:《国家“十二五”科学和技术发展规划》明确提出民生科技示范重点为“加强地震等重大自然灾害群测群防技术与装备研发;组织实施防灾减灾科技示范工程”。我国城镇化水平呈现快速提高的态势,城镇数量和规模不断扩大,城镇中小学校等人员集中场所将成为地震高风险地区。因此,地震应急准备和应急疏散研究等工作,在中小学校等人口高度集中的城镇中显得尤为重要。
  在中小学校地震的疏散中,教学楼人员在年龄、体型、心理状态、对教学楼环境的熟悉程度等均存在差异。通过深入研究教学楼内人员疏散行为,掌握教学楼人员疏散的特点和规律,以及人员安全疏散的网格模型、区域人员疏散算法等内容。制定相应的疏散路线,以人员疏散时间最短为准则,完成对中小学校地震疏散场景搭建、疏散模型构建的设计,为地震应急演练疏散训练软件提供核心算法。最终实现为中小学校地震紧急疏散提供疏散演化模型、为人员疏散过程合理性评判提供依据,为提高地震中中小学校疏散效率的目的。
  通过对国内外人员疏散模型的研究,选取利于模拟的元胞自动机模型作为中小学人员疏散的主要模型。完成模型的疏散规则设计和疏散场景搭建后,对中小学校地震疏散情况进行仿真。对比真实演练结果,结合疏散评估规则验证模型的合理性、科学性。为疏散演练提供优化方案。主要研究内容包含以下三点:
  (1)疏散规则模型,通过对应急疏散模型现状的研究,选用在时间和空间上均离散的元胞自动机模型。结合疏散演练人员行为规范的研究成果,针对影响疏散结果的各项因素,计算合理的参数设置范围,完成对疏散规则的建立。在楼道宽度研究结论里,不同疏散队形对整体疏散效率会造成巨大影响,建筑物内实际疏散人数和疏散楼道宽度进行设置,最终选择双列队形的排列模式进行疏散。疏散规则建立中,模型将所有疏散人员作为单个元胞,将疏散环境进行网格化,利用迪科斯彻算法,计算出教室内每个元胞对教室出口距离并进行迭代更新;结合人工或自动调度策略对模型进行优化。
  (2)疏散场景模型,在对计算机仿真技术、建筑模型搭建方法及学校等人员密集场所建筑空间结构进行研究的基础上,实现通过点、线、面等构造元素,手动搭建建筑物内部空间几何模型。主要通过针对常用建模软件的建模方法进行研究,实现由平移、旋转、拉伸等方法来构建几何场景;对我省中小学校常见大开间建筑结构进行调研分析,梳理出建模所需关键要素。
  (3)模型评估规则,对人员疏散全过程中的行为进行梳理,选择对安全、有序疏散有直接影响的因素作为评估内容,将疏散时间长短作为评估指标,通过对模拟疏散时间、实际演练疏散时间、被疏散模型指导后的演练疏散时间进行对比,验证中小学校地震应急疏散模型的合理性、科学性、适用性。
  本文完成对中小学校地震应急疏散模型的研究,将疏散模型仿真结果与实际人员演练结果相比对,证明疏散模型的有效性,为人员疏散演练提供优化方案。研究中模型评估规则为本文创新内容。增加模型评估规则后使模型可对参与疏散演练人员的疏散时间及运动轨迹进行量化评估。
  国内外现有人员疏散模型的理论思想多是集中于还原在某一特定场景下人员真实的疏散过程。本文所研究的人员疏散模型不仅模拟出人员真实的疏散过程,还将对人员疏散演练过程进行指导,优化人员疏散演练过程,提高模型的实际运用价值。
[硕士论文] 董海佩
安全科学与工程 广西大学 2018(学位年度)
摘要:钛粉主要是制取粉末冶金零件的原料,还用于电真空中固体泵源、电真空吸气剂、塑料充填剂、表面涂装材料、飞机零部件和制取各种钛化合物,应用领域十分广泛。钛粉易发生氧化、燃烧、爆炸,属于危险品。粉尘爆炸对人、财产、环境带来重大威胁,因此研究钛粉的爆炸参数并对其危险性进行评价,为预防钛粉在生产、运输、加工过程中发生爆炸提供理论依据,意义重大。本文的主要研究内容和结论如下:
  (1)使用哈特曼管,对5种粒径的球形钛粉进行点火能下限(MIE)实验。拟合出钛粉点火能下限受浓度和粒径影响变化的函数,以及敏感浓度受粒径影响变化的函数。结果表明:中位粒径为18μm、25μm、38μm、48μm、74μm的钛粉对应的敏感浓度分别为700g/m3、750g/m3、800g/m3、800g/m3、850g/m3,点火能下限分别为33.2mJ、38.1mJ、41.3mJ、44.3mJ、67.4mJ;点火能下限随浓度的增大以二次函数的形式先减小后增大,随粒径的增大以二次函数的形式增大;敏感浓度与钛粉粒径呈正相关;紊流指数敏感值与喷尘压力呈负相关;喷尘压力不变,粒径越大,紊流指数敏感值越大。紊流指数不变,钛粉粒径越大,喷尘压力敏感值越大。
  (2)利用20L球型密闭爆炸装置,对5种不同粒径的球形钛粉进行爆炸实验。分别拟合出最大爆炸压力(Pmax)、最大爆炸指数(Kmax)随钛粉粒径和浓度变化的函数,以及两者的敏感浓度、爆炸浓度下限(LEL)随粒径变化的函数。结果表明:中位粒径为18μm、25μm、38μm、48μm、74μm的钛粉对应的最大爆炸压力分别为0.662MPa、0.619MPa、0.574MPa、0.497MPa、0.263MPa,敏感浓度分别为800g/m3、900g/m3、950g/m3、1000g/m3、1100g/m3;对应的最大爆炸指数分别为22.35MPa·m/s、14.76MPa·m/s、11.72MPa·m/s、9.7MPa·m/s、7.41MPa·m/s,敏感浓度分别为800g/m3、950g/m3、950g/m3、1000g/m3、1200g/m3;最大爆炸指数的敏感浓度和敏感紊流指数大于等于最大爆炸压力的敏感浓度和敏感紊流指数;随着粒径增加,最大爆炸压力以二次函数的形式减小,而最大爆炸指数以指数函数的形式减小,两者对应的敏感浓度、爆炸下限浓度以线性函数的形式增加;随着钛粉浓度的增加,最大爆炸压力和最大爆炸指数以二次函数的形式先增加后减小。
  (3)利用粉尘云最小引燃温度测定装置和粉尘层最小引燃温度测定装置,对5种不同粒径的球形钛粉的最小引燃温度(MIT)进行实验研究。拟合出钛粉尘云最小引燃温度(MITC)和粉尘层最小引燃温度(MITL)关于粒径的函数,以及钛粉尘云最小引燃温度(MITC)关于浓度的函数。结果表明:中位粒径为18μm、25μm、38μm、48μm、74μm的钛粉对应的粉尘云最小引燃温度分别为482℃、498℃、530℃、567℃、647℃,对应的粉尘层最小引燃温度分别为430℃、440℃、460℃、470℃、480℃;喷尘压力的增大对钛粉尘云最小引燃温度无明显影响;浓度的增大使钛粉尘云最小引燃温度以二次函数的形式先减小后增大;粒径的增大使钛粉尘云最小引燃温度以二次函数的形式单调递增且增幅越来越大,使钛粉尘层最小引燃温度以指数的形式单调递增且增幅越来越小;钛粉粒径相同时,粉尘云最小引燃温度高于粉尘层最小引燃温度。
  (4)通过爆炸综合指数法、德国爆炸指数法、原苏联评价法、中国粉尘爆炸危险性分级框架法对5种粒径的球形钛粉进行爆炸危险性评价。由于不同评价方法的判断标准不同,所得结果并不一致,但总体而言,钛粉的点火敏感度较低而爆炸猛烈度较高,且钛粉的爆炸危险性随着其粒径的增大而增大。
[硕士论文] 鞠志伟
控制工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:应急疏散是救援工作的重要环节,及时有效地应急疏散可以大幅度减少甚至减免伤亡。路径搜索是应急疏散仿真的关键技术,合理安全的疏散路径能有效地帮助人员安全逃生。
  在应急疏散过程中,现有路径搜索方法缺乏依据环境信息对疏散路径的实时影响,导致路径搜索结果出现偏差,造成人员伤亡损失。通过对应急疏散路径分析,本文提出了基于物联网技术实现应急疏散过程中实时路径搜索方法。通过构建网络模型,采用猴群算法在分割后的子网模型中并行搜索,获得多个不同时刻的传感器布置方案;基于位置集合覆盖模型确定最佳传感器布置方案,建立传感器网络;通过信息采集系统中的监测监控系统对应急疏散环境实时监测,结合灾害动态蔓延过程,以传感器采集的数据设定实时权值,依据路径信息改变动态调节参数,采用A*变权算法,进行实时路径搜索。
  在此基础上设计并实现了应疏散路径搜索系统,主要包括虚拟场景构建、传感器布置、信息采集系统以及疏散路径搜索。以矿井巷道为应用场景构建网络模型,以矿井突水灾害为事故背景,建立应急疏散环境。通过对不同时刻的水位数据分析,确定传感器设备位置;之后设计了应急疏散流程,以实时采集的传感器数据作为路径搜索算法的实时权值,通过人员定位系统确定人员位置和数量,利用综合调度通讯系统指挥人员安全撤离,实现安全逃生疏散仿真。实验结果表明:本文提出的方法能够实时获取有效的最短疏散路径,避免人员疏散过程中由于未能及时依据环境信息变化而改变最短疏散路径所造成的伤亡,具有良好的实用性,为应急救援工作提供决策依据。
[硕士论文] 杜贺佳
管理科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:危化品具有复杂的性质,易在生产、运输、储存和废物处理过程中因泄漏或爆炸而导致严重的污染事故。通常,这些事故造成的污染程度比较高,传播速度快,后果也难以消除。因此,危化品污染事故发生后,在短时间内选择出最合适的处理技术或方案显得尤为重要。此外,同一种危化品在不同的自然和社会环境中发生事故时,其最合适的处理技术也会有所不同。所以,危化品污染事故发生后,决策者必须在有限时间内,解决一个受经济、技术、环境等因素影响地多准则决策问题,同时须保证决策的精确性。
  层次分析法是一种自从被提出后就得到广泛研究和应用的多准则决策方法。但是,传统的层次分析法未考虑决策环境中的模糊性,而模糊层次分析法中规定的计算法则又缺乏合理的理论基础。本研究基于可信性理论,在模糊环境中对层次分析法进行改进与扩展,提出了可信性层次分析法。在可信性层次分析法中,信息粒化准则和模糊模拟算法的使用使评估过程更加精确、高效。因此,我们将可信性层次分析法应用于危化品污染事故处理技术的评估上。本研究具体工作如下:
  (1)首先,说明危化品污染事故应急处理的急迫性和重要性,综述层次分析法和模糊层次分析法的理论研究及应用,分析层次分析法和模糊层次分析法当前研究的优势和缺陷。
  (2)其次,引入可信性理论,为本文构建的可信性层次分析法提供理论基础;并总结粒计算中信息粒化准则的几种算法,为可信性层次分析法中专家评估信息的处理提供理论和算法基础。
  (3)再次,在可信性理论和粒计算理论的框架下建立可信性层次分析法。继而分别构建基于期望值准则、乐观值准则和悲观值准则的可信性层次分析法,并使用相应的模糊模拟算法来得到每个选择方案的最终权重。
  (4)最后,建立危化品污染处理方案选择的流程和评估危化品污染处理技术的准则体系。并构建汞污染处理技术的框架,应用可信性层次分析法对水中汞污染的多种处理方案进行评估和选择。
[硕士论文] 冯云晓
管理科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:随着科技的进步,人们在享受各种化学品带来的便利的同时,危险化学品带来的事故隐患也在威胁着人们正常的生产和生活。近些年,我国危险化学品事故不断生,给国民经济和人民群众的生命财产安全带来了的威胁,并造成了环境的破坏,其中部分事故带来的后果十分严重,影响十分恶劣。因此,各相关部门和企业需要在危险化学品应急管理全生命周期内采取措施降低安全风险,标本兼治遏制危险化学品事故发生;同时,需要加强应急准备措施,提升应急准备能力,降低危险化学品事故发生后的损失和影响。而要建设和提高应急准备能力,就需要对应急准备能力进行科学评估。如何评估危险化学品事故的应急准备能力受到了政府、企业和学术界越来越多的关注。特别是在人口密度大、环境复杂的城市中,危险化学品事故一旦发生,将会造成无法挽回的影响。城市危险化学品事故的应急能力评估受到了政府和企业的高度重视,但目前学术界针对性的研究还比较缺乏。这是本文研究的动机和出发点。
  首先,文章对“十二五”期间我国危险化学品事故发生情况进行了统计和分析,五年间,我国共发生危险化学品各类事故1058起,死亡1375人,受伤4335人,并从事故时间、地点、发生环节和事故类型四个方面进行了分析。
  其次,本文在前人研究的基础上,对城市危险化学品事故应急准备能力评估进行了深入研究,采用了“情景-任务-能力”的规划分析方法,将应急准备贯穿应急管理的全生命周期,借鉴ISRS(国际安全评级系统)的理论思想,分别从政府和企业两方面构建了适用于城市危险化学品事故的应急准备能力评估指标体系。
  然后,针对实际操作中能够获得专家重要程度比值的二级指标,文章采用了无需检验一致性的G1法对指标进行权重赋值,并运用一般方法进行了评估计算;而对于不能获得专家重要程度比值的评估指标,文章直接运用突变级数评估方法对其进行评估计算,并得到了最终结果。
  最后,用本文提出的方法和模型运用于实例,对S市进行了评估,评估结果得到S市相关职能部门和有关企业的高度认同,为该市能够持续改进和提高危险化学品事故应急准备能力提供了一定的建议和参考。这也表明本文建立得评估指标体系和提出的方法都具有很强的实用性。
[博士论文] 陈钦佩
安全科学与工程 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:为了研究低压和水含量对可燃液体火灾危险性的影响,本文首先建立了水含量和环境压力影响下的闪点预测模型,之后基于高低温低压实验舱开展了35kPa,45kPa,55kPa,65kPa,75kPa,85kPa,95kPa和101kPa下的不同摩尔分数的甲醇、乙醇和正癸烷的闪点测定实验,并与预测模型进行对比。为了进一步加深关于水含量对可燃液体火灾危险性影响规律的认识,并加强现实应用意义。本文以乙醇水溶液和洋河酒厂旗下的白酒作为研究对象,开展了常压下不同乙醇体积分数闪点测定和锥量燃烧测试的研究,之后结合国家标准对火灾危险等级展开讨论。最后开展了常压和低压环境下柴油和航空煤油的扬沸实验研究,以加深低压环境下水含量导致的工业扬沸灾害的理解,同时提出了预测扬沸前兆与扬沸的发生时间的理论模型。
  本文的主要研究工作及结论具体如下:
  (1)通过理论分析的方法建立了多个闪点预测模型。其中包括常压环境下可燃液体闪点理论预测模型,基于标准压力环境下沸点值建立的低压下闪点预测模型,基于标准压力环境下闪点值建立的低压下闪点预测模型,不同水含量下可燃液体水溶液闪点预测模型以及在低气压条件下可燃液体水溶液不同水含量的闪点模型。
  (2)基于第三章的理论分析,开展了不同压力,不同水含量甲醇、乙醇和正癸烷的闭口杯和开口杯闪点影响规律的实验研究。随着压力的下降,对于给定摩尔分数的甲醇、乙醇和正癸烷水溶液的闭口杯闪点和开口杯闪点均下降。而且当大气压力开始降低之后,该物质水溶液的闪点也开始降低,同时降低的成都也逐渐增大,其中开口杯闪点表现的更为明显。实验测定的闪点与压力之间的拟合结果与第三章中所建立的预测模型一致。
  水含量对正癸烷的闪点没有任何影响,但是对于甲醇和乙醇,当水溶液中摩尔分数降低的同时,它们的闪点值会升高。而且水含量与甲醇和乙醇的闪点之间的关系也是非线性的,分析过程中根据理论预测模型对实验结果进行了拟合,验证了理论推导的正确性。
  (3)随着压力的降低,甲醇、乙醇和正癸烷纯物质及其水溶液的火灾危险等级均会升高。对于甲醇和乙醇水溶液,它们的摩尔分数越高,在相同压力下火灾危险性也越高。本文提出了火灾危险性临界压力的概念,并推导出了适用于可燃液体纯物质和可燃液体水溶液的临界压力预测公式。对海拔较高地区或高空工作条件下的可燃液体防火救援提供了指导。同时,该临界压力模型可应用于所有以闪点作为火灾危险等级确定分类依据的规范。
  (4)以乙醇水溶液和洋河酒厂旗下的白酒作为研究对象,开展了锥量燃烧测试,结果表明无论是白酒还是乙醇水溶液,它们的单位面积质量损失速率、热释放速率、火焰高度、燃烧效率和火灾危险等级都随着乙醇体积分数的增大而升高,闪点相反。另外对于燃烧时间,最大单位热释放速率,单位面积总热释放和平均有效燃烧热等宏观火灾参数,两者数值具有很大的相近性。
  由于白酒中含有1%左右的酸类、酯类等富氧有机物,导致在相同的体积分数下,白酒的闪点低于乙醇水溶液闪点,白酒的火焰高度低于乙醇水溶液的火焰高度,白酒的燃烧效率高于乙醇的燃烧效率。在文中提出了适用于各国以闪点作为火灾危险等级分类指标的,针对白酒和乙醇水溶液的临界体积分数计算拟合公式。根据GB50016-2014,乙醇水溶液Ⅰ级与Ⅱ级之间的临界体积分数为38.9vol.%,白酒Ⅰ级与Ⅱ级之间的临界体积分数为34.8vol.%。
  (5)以柴油和航空煤油为实验样品,分别在合肥和拉萨两个不同海拔高度的城市,进行了15cm油盘和18cm油盘扬沸实验。在标准压力环境和低压环境,均可以将扬沸划分为四个时期。除了通过火焰形态的变化分析扬沸外,也可以通过油水交界面处气泡的变化过程来表征扬沸的各阶段。
  常压标准环境中,扬沸前兆阶段的临界油水交界面处温度为100℃,扬沸的临界油水交界面处温度为120℃。在拉萨,该临界温度发生变化,分别降低为87.6℃和110℃。实验进一步表明,沸点是扬沸前兆发生的临界温度,随着压力变化而变化。对于扬沸临界温度,本章基于池沸腾理论对其进行了分析,并解释了压力降低后,扬沸临界温度降低的原因。
  (6)提出了扬沸前兆发生时间与扬沸发生时间的预测模型,当PL>10kPa的时候,扬沸前兆起始时间tp与环境压力PL之间为增函数关系。当PL<10kPa的时候,扬沸前兆起始时间tp与环境压力PL之间为减函数关系。在相同环境压力下,扬沸前兆起始时间tp∝1/√DL。扬沸起始时间tb∝1/√DL,tb与PL为负相关。
[硕士论文] 林圣辉
安全科学与工程 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:世界经济在保持超高速发展的同时,各类能源短缺以及环境污染问题也变得愈发严重。尽管各国都致力于清洁可再生能源的研究,但是石油燃料的生产和消费依旧占主导地位,且持续增长。近年来,柴油机凭借卓越的经济性和动力性从而得到了社会的普遍关注,也推动了柴油混合燃料的发展。然而前人关于柴油和柴油混合燃料的研究主要关注的是其燃烧、排放及物理化学特性等,而针对其火蔓延方面而开展的研究则相对较少。液体燃料的燃烧强度大、扩散速度快,一旦泄漏引发火灾,极易严重威胁到人员的安全并造成巨大的经济损失。基于以上现状,本文以柴油及柴油混合燃料为实验对象,开展了相关研究:
  实验研究了不同初始温度对柴油和汽/柴油混合燃料表面火蔓延相关特性的影响作用。结果表明,燃料的初始温度越高,平均火蔓延速度和表面流速度就越快,且汽/柴油混合燃料的火蔓延速度和表面流速度均大于柴油的火蔓延速度和表面流速度。表面流前锋液相涡旋的温度随着燃料初始温度的增大而单调递增。此外,随着初始温度的增大,柴油燃料的闪燃火焰脉动幅值单调递增,而汽/柴油混合燃料则表现为先减小后增大的变化规律。然而,闪燃火焰的传播速度和脉动的频率几乎不随燃料初始温度而发生变化,分别稳定在0.9m/s和2.75Hz左右。
  研究了油层厚度和侧壁高度对柴油和乙醇柴油火蔓延特性的影响。研究结果表明,当没有侧壁作用时,随着油层厚度的增大,柴油的火蔓延速度呈现出先增大后稳定不变的变化规律。而当有侧壁作用时,随着无量纲侧壁高度的增大,柴油的火蔓延速度表现出先减小后增大至稳定的规律。无量纲侧壁高度小于0.5时,火蔓延为卷吸控制,反之则为辐射控制。乙醇柴油由于具有较高的热效率和含氧量,其火蔓延速度随无量纲侧壁高度的增大而逐渐减小并趋于稳定。火蔓延过程中,表面流速度随油层厚度的增加而逐渐增大,但几乎不受侧壁高度影响。此外,随着侧壁高度的增大,闪燃火焰的脉动频率逐渐减小,但是几乎不受油层厚度的影响。
  实验研究了侧壁高度对柴油单侧贴壁火蔓延相关特性的影响作用。结果表明,在火焰贴壁蔓延的过程中,存在两个不同的燃烧区段:在靠近火焰前锋的部位,火焰向外侧倾斜,称为火焰前锋作用区域;在后半段的火焰紧贴侧壁燃烧,称为贴壁火作用区域。在火焰前锋作用区段,贴壁处的油温小于中心处和外侧的油温;而在贴壁火区段,贴壁火效应造成贴壁处的传热增强,使得贴壁处的油温超过中心处的油温,并逐渐接近外侧的油温。竖向油温表现为,贴壁位置的油温沿竖直高度向下递减,温度的增长速率也逐渐减小;而对于外侧的温度,则出现了明显的温度分层现象。此外,随着侧壁高度增大,表面流速度和火蔓延速度均表现出了先增大后减小的变化规律,且均在无量纲侧壁高度为1时达到峰值。
[硕士论文] 赵卓娅
软件工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着经济技术的迅速发展,企业抓住了这一良好的发展契机,不断扩大企业生产规模,然而在企业快速扩张、加速发展的同时却忽略了企业的安全生产问题。重大安全事故的发生使得安全生产逐渐受到大家的重视。传统的安全管理多是以经验和直观检查为主,而这种管理方式往往会忽略一些不能通过直观观测进行确认的安全隐患,缺乏对当前安全状态的定量评判,无法达到预防的效果。为解决这一系列问题急需建立一套能表征安全生产状况的指标体系,通过运用先进的预测方法对可能导致事故的安全隐患进行排查的安全生产预测预警系统。
  本系统采用传统的SSH架构,使用J2EE技术实现B/S&C/S复合架构,以安全管理PDCA(Plan,Do,Check,Action)循环为预警机制设计的指导思想。根据工贸行业安全生产预警指数对影响企业生产安全的预警数据进行采集,系统使用AHP(Analytic Hierarchy Process)层次分析法以及线性加权和的方法来确定各个数据指标项的权重并建立相关安全生产预警机制,通过可视化的方式定时发布企业生产预警信息以帮助企业进行安全隐患排查、规范企业安全生产。本系统主要分为预警数据维护、预警数据采集、数据处理、预警预测分析、预警信息发布以及用户管理功能模块。
  目前该系统已经上线并且很好的满足了企业使用需求,达到了系统预期的建设目标。该系统有效的实现了企业安全生产预警的效果,系统通过对相关预警数据的采集、预警预测以及预警信息发布对帮助企业排查安全生产隐患起到了很好的指导作用。
[硕士论文] 孟雅茹
安全科学与工程 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:热辐射在室内火灾热传递中占据主导,对于火灾的蔓延和发展起到了主要作用,是现实火灾引燃和传播的主要传热形式。在实际火灾中,辐射不可能是一成不变的,因此相比于对常热流,研究变化的热流引燃可燃物更贴近真实情况,更有现实意义。研究变热流对固体可燃物的引燃时间,热解和着火机理,便于我们更好的预测火灾的发生,同时减少损失。
  本文选用热厚PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)作为实验研究的对象,设计并搭建了振荡着火实验平台,通过改变振荡周期,开展了一系列的着火实验研究,同时,建立相应的物理模型,通过数值模拟的方法对实验结果进行验证和补充,结合传热学相关知识对实验现象进行了深入的理论分析,建立振荡着火时间的预测模型。
  表面温度和深度温度随着周期性的辐射而发生振荡。这些振荡在靠近表面处最明显,但是在样本的底部难以看出来。温度衰减随深度呈负相关,与材料的热扩散系数呈正相关。在着火时刻,不同周期最终达到的温度近似相同,因此着火温度可以看作是一个材料特有的属性。在外部热通量与表面温度之间存在时间延迟,深度温度与表面温度之间也存在时间延滞。延滞除了与周期、深度和材料热扩散率等有关。
  质量损失在最初的100s内几乎为零,在约100s后开始陡然增大,并且随着热流的振荡而振荡,最终着火时的临界质量通量在1-1.4g/m2s范围内。
  理论点火时间与实验数据吻合较好。与恒热流相比,周期性加热延迟了点火,但随着周期的增加,延迟时间会减小,即着火时间随着周期的增大而减小,原因是平均能量密度随着周期增大而增大。
[博士论文] 李曼
安全科学与工程 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:随着社会经济的迅速发展,城市化发展进程也逐年加快,近年来,高层建筑的数量越来越多。与此同时,高层建筑中火灾安全事故频发,造成了灾难性的破坏,伴随着大量的人员伤亡以及财产损失,高层建筑的火灾安全问题已经引起了广泛关注。研究高层建筑火灾的发展规律以及防控措施对于消防设计具有及其重要的理论意义和应用价值。高层建筑内有很多竖向通道,火灾发生后成为热烟气的主要蔓延通道,造成火灾危害区域扩大,导致了远离着火楼层人员的窒息伤亡。此外,建筑物周围环境中经常存在外界风,对火灾的发展产生重要影响,目前仍然缺乏相关研究。文中按照高层建筑火灾发展的规律,采用理论分析、小尺寸实验以及数值模拟等多种研究方法相结合,对高层建筑火源功率、烟囱效应、外界风等多因素作用下的火灾发展机理和正压送风措施对烟气流动的控制展开研究,主要包括以下四个方面的内容:
  第一,通过小尺寸实验研究了高层建筑火灾初期阶段烟囱效应对着火空间内火羽流动态平衡的影响。实验中发现,改变楼梯间内窗口打开的位置以及火源功率均会造成烟囱效应强度的变化,进而影响到着火空间底部开口处诱导气流的流速。楼梯间内窗口打开高度的改变引起中性面位置的变化,从中性面位置到楼梯间底部之间的压强差则影响到烟囱效应的强度以及底部开口处诱导气流的大小。基于能量守恒定理以及楼梯间内的温度分布规律,建立了底部开口处诱导气流流速的预测关系式。着火空间底部开口处的诱导气流影响了火源功率,进而对楼梯间内的温度分布产生影响,从而影响了烟囱效应强度,烟囱效应强度又直接影响到底部开口的诱导气流流速的变化。三者相互影响,并且形成动态平衡。通过对火羽流的受力分析以及对以上三者相互影响规律的转化,得到了表达形式简单的火焰倾斜角度预测关系式,并用前人的实验数据验证了其适用性。
  第二,高层建筑室内火灾剧烈发展后,室内空气不足,未燃气体及热烟气流出窗外形成溢流火,溢流火的发展将受到周围环境中外界风的影响。外界风从窗口吹入时,外界风的水平惯性力与热浮力的作用方向相反。通过小尺寸实验研究了高层建筑室内火灾剧烈发展阶段反向风对双开口腔室燃烧特性的影响。发现随着外界风速增大,存在一个临界风速,使腔室内热烟气无法从窗口流出。分析了不同因素对临界转变风速的影响,实验验证了前人的理论模型,并为前人理论推导的临界转变风速预测关系式确定了合理的参数。此外,在双开口腔室火灾中,门口处会出现一个附加的补风区域。随着外界风速增大,这一补风区域逐渐减小。通过对门口附加补风区域内空气运动过程的分析,提出了一个能够反映进入腔室内空气质量流量的特征长度。综合考虑了外界风、门口补风、腔室热反馈等因素对燃烧质量损失速率的影响,通过量纲分析,建立了燃烧质量损失速率的预测关系式。
  第三,高层建筑室内火灾剧烈发展形成溢流火后,环境中的外界风从门口吹入,或在腔室入口采取正压送风措施控制烟气运动,外界风的作用方向与热浮力一致。通过小尺寸实验研究了高层建筑室内火灾剧烈发展阶段正向风对双开口腔室火行为的影响。结果显示,随着外界风速增大,腔室门口的气流会从双向运动向单向运动转变。当腔室门口气流单向运动时,随气火流量增加或外界风速减小,腔室内的火焰会出现只向上风向对称旋转、向上风向对称旋转与向下风向偏斜并存的转变;当腔室门口气流双向运动时,腔室内出现向下风向偏斜的火焰。火焰从窗口流出后,会出现间歇性溢出的特征。结合腔室外侧燃烧条件的分析,文中分析了窗口外侧火焰间歇性特征的物理规律,建立了预测火焰出现概率的预测关系式。而且随着外界风速增大,窗口外侧依次呈现出溢流火焰形态、水平喷射火形态、无火焰三种类型。基于对窗口处火焰的受力分析,发现窗口处火羽流的Fr数可以作为火焰形态转变的临界判据。进一步通过修正前人在无风情况下提出的特征参数,进而对窗口外侧的火焰长度、最大温度分布进行量纲分析,并建立了相应的预测关系式。最后通过对窗口外侧火焰运动过程的受力分析,建立了不同形态火焰的运动轨迹方程。
  第四,模拟研究了减少楼梯间内靠近着火楼层送风口打开的数量对楼梯间防烟效果的影响。模拟结果显示,对楼梯间进行正压送风时,减少送风口打开的数量,能够用更小的送风量阻挡相同火源功率的火灾烟气进入楼梯间。但是在加压空气无法阻挡火灾热烟气进入楼梯间的情况下,由于楼梯间内着火楼层上方空间缺少加压空气,压强较小,楼梯间内热烟气更容易向上部楼层蔓延。此外,研究发现当正压送风风机位于楼梯间顶部,楼梯间内各送风口空气质量流量的非均匀分布,随着送风口位置降低,送风口的风量越大。通过对送风管道内流体运动过程的分析,基于能量守恒和质量守恒定理,建立了预测各送风口的风量的关系式。在加压风量进入楼梯间后,基于整个楼梯间及相邻着火空间内的压差分析,建立了送风量与楼梯间着火楼层平均压强的关系式。
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