傾斜隧道強浮力羽流作用下的氣流特性及鹽水實驗技術研究

發(fā)布時間：2020-11-16 00:45

　　現如今,隨著能源日益緊張以及城市地上用地空間減少所帶來的限制,地下空間的利用正逐漸受到人們的關注。隧道以其交通方面的獨特優(yōu)勢,也越來越多的被加以研究。一方面,由于以往的研究重點大多針對水平隧道而忽略了傾斜隧道,故本文將重點研究傾斜隧道的氣流特性。另一方面,研究隧道火災常用的傳統(tǒng)方法有空氣實驗法、計算機模擬法。本文引入鹽水實驗法,重點研究鹽水實驗的原理、操作流程及數據處理方法,并通過鹽水實驗來研究傾斜隧道火災的氣流特性。首先,本文研究了鹽水實驗技術方法,通過介紹相似理論,闡明了鹽水實驗的實驗原理及其應用于現實中的可行性。之后詳細闡述了實驗數據的提取方法,結合MATLAB軟件程序,使得鹽水實驗不僅可以實現可視化,還可以得到精確的實驗數據,從而解決了以往鹽水實驗無法得到準確全面的實驗數據的弊端。改變了鹽源出口的結構,在保證流體雷諾數大于1000的基礎上,減小了鹽源出口初始動量不為零所帶來的誤差。之后對鹽水實驗方法進行優(yōu)劣勢分析,以對其展開更深入、更全面的研究。本文所建立的實驗設置方法可以為其他相關通風實驗提供一定的參考依據。然后,本文探索了在傾斜隧道自然排煙狀態(tài)下由連續(xù)流體釋放引起逆流的動力學問題,建立了相關理論分析。重點關注隧道火災中防止逆流發(fā)生的臨界條件,首先從相對較簡單的絕熱系統(tǒng)開始研究,然后考慮煙氣與隧道壁面存在熱交換的較復雜情況。假設傾斜隧道自然排煙狀況下的縱向風速是由煙囪效應引起的,推導出預測傾斜隧道臨界條件的理論方程。研究發(fā)現傾斜隧道在自然排煙時,火源上游誘導的氣流速度也可能達到臨界風速,進而保證火源上游不受煙氣的侵蝕。也明確一點,臨界條件與浮力源位置有較大的關聯而與浮力源的浮力通量并不存在明顯的關系。之后,本文采取鹽水實驗對傾斜隧道自然排煙的理論分析進行驗證模擬。采用鹽水實驗模擬法探究火災逆流長度以及逆流層和環(huán)境之間的密度差等參數的變化規(guī)律。實驗結果表明,在一個固定的實驗構造中,逆流長度與釋放源的浮力通量無關,而逆流層與環(huán)境之間的密度差與浮力通量的0.52次冪正相關并且逆流層流體密度明顯大于火源下游流體密度。在浮力通量值變化較大的情況下,理論分析得出的結論均是有效的。這也說明在沒有任何機械流動的情況下,可以在一個傾斜隧道內實現臨界狀態(tài),能否達到臨界狀態(tài)主要取決于浮力源的位置。最后,本文采用FDS數值模擬軟件再次驗證理論分析的正確性。研究其參數設計方法,以將鹽水實驗參數設計與模擬參數設計統(tǒng)一,使兩種方法很好的與現實情況結合起來。數值模擬的結果與鹽水實驗結果基本一致,從而再次驗證傾斜隧道自然排煙氣流特性理論分析的正確性。
【學位單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U456
【部分圖文】：

示意圖,示意圖,三維矩陣,灰度圖

圖 2.1 RGB 彩色立方體的示意圖Fig. 2.1 Diagram of the RGB cubeLAB中，任意一張RGB圖片均可通過一個M×N×3的三維矩陣三個維度均為 M×N 的一維矩陣來表示。其中，M 代表矩陣列數。三維矩陣的每個子矩陣分別表示圖片在 R、G 和 B 片中的每個像素點上所呈現的顏色均由 R、G 及 B 三個方。圖 2.1 為 RGB 三色立方體所表示的彩色空間，如圖所示分別代表色光三原色（紅、綠、藍）及二次色（青色、黃兩個頂點分別代表黑色和白色。灰度線是從坐標原點（0，點（1，1，1）的白色之間的主對角線，因此可知灰度圖是，即在灰度圖中 RGB 三個分量的取值是相同的。RGB 圖和用到的兩種圖像，其中所運用的 MATLAB 圖像數據處理功黃色

紅色染料,染料濃度,像素點,灰度值