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期刊信息/Journal information
清华大学学报（自然科学版）
清华大学学报（自然科学版）

梁恩忠

月刊

1000-0054

xuebaost@tsinghua.edn.cn

010-62788108,62792976

100084

北京市海淀区清华园清华大学

清华大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Tsinghua University(Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊为科学技术综合性学术刊物。反映清华大学自然科学与技术领域基础研究和实验研究方面的科研成果，推动国内外学术交流。主要栏目有工程力学、电机工程、机械工程、能源技术、信息科学、材料科学、基础理论等。主要读者对象是高等学校和科研单位的科研工作者、教师和研究生。
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    基于浓度响应因子法的建筑物周围污染物扩散快速模拟

    林一萍黄弘吴家麟张小乐...
    933-939,952页
    查看更多>>摘要：浓度响应因子法在稳态流场与固定污染源位置的情况下,能够快速计算污染物释放后浓度变化.该文使用浓度响应因子法对建筑物周围污染物扩散进行模拟,利用典型建筑结构的风洞实验数据验证了该方法的可靠性.通过与计算流体力学(CFD)瞬态模拟方法对比,分析了流场结构、污染物释放函数浓度对响应因子法准确性的影响.结果表明:浓度响应因子法能很好地模拟建筑周边的污染物扩散,浓度的变化趋势与CFD瞬态模拟结果相吻合,FAC2值基本在0.95以上,且能够节约大量求解时间.对于时变的污染源释放函数,浓度响应因子法仍能够很好地模拟过程中任何时刻的浓度.该研究结果可为使用浓度响应因子法快速计算大量建筑周围污染物扩散浓度提供参考.

    浓度响应因子法大气污染物扩散建筑物释放源

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    基于全连接的长短期记忆网络实现采空区CO多步预测

    罗振敏张利冬宋泽阳
    940-952页
    查看更多>>摘要：煤自燃是煤矿的主要自然灾害之一.煤自燃的物理化学过程十分复杂,且影响因素众多,给煤自燃危险性的预测带来很大的挑战.利用深度学习理论与方法加强对煤自燃危险性预测技术的研究,有助于提升煤矿安全生产智能化管控水平.该研究运用循环神经网络(RNN)、长短期记忆(LSTM)网络和门控循环单元(GRU)3种算法,建立了采空区CO动态序列预测模型.对数据集进行特征变量分布检验以及数据归一化处理,降低了变量依赖性.在模型构建过程中,添加了全连接层和Dropout类以避免模型出现过拟合,通过均方误差确定模型的选代次数,引入了平均绝对误差、均方根误差和确定系数3个模型性能检验指标,分析优化了模型的参数,检验了模型性能.研究结果表明:RNN、LSTM和GRU模型均能实现对CO体积分数的动态预测,且误差小于1％;在同一序列数据下,LSTM模型预测精度最高,其次是RNN模型和GRU模型.

    煤自燃CO体积分数预测长短期记忆(LSTM)网络深度学习

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    方形容器内掺氢天然气爆炸抑制实验研究

    李满厚汲世杰
    953-958页
    查看更多>>摘要：为探究掺氢天然气在方形受限空间中的爆炸特性及七氟丙烷/二氧化碳对其爆炸抑制作用,在0.5m×0.5m×0.5 m的方形爆炸容器中进行掺氢天然气抑爆实验研究.首先进行掺氢体积分数0％～50％的掺氢天然气爆炸特性研究,结果表明:随着掺氢比例增大,最大爆炸超压和火焰传播速度都呈现上升趋势.随后在甲烷中掺入50％体积分数氢气开展二氧化碳或七氟丙烷抑爆实验,分析了最大爆炸超压、达到最大爆炸超压延迟时间、火焰传播速度等关键爆炸参数在不同抑爆剂体积分数下的演变规律.结果表明:随着抑爆剂体积分数增加,最大爆炸超压快速衰减,达到最大爆炸超压延迟时间延长.高速图像采集结果表明:火焰面拉伸明显,球形火焰传播速度显著减小.选取两种抑爆剂的不同体积分数下抑爆参数值进行对比,发现在二氧化碳体积分数是七氟丙烷2倍情况下,二者对最大爆炸超压的抑制效果相当;在10％体积分数七氟丙烷和20％体积分数二氧化碳作用下均可达到完全抑制,最大爆炸超压分别下降了 98.0％和94.4％.两种抑爆剂都具有物理和化学抑爆作用,但七氟丙烷的抑爆效果明显优于二氧化碳.

    掺氢天然气七氟丙烷二氧化碳掺氢比例抑爆

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    含磷抑爆剂对煤尘爆炸抑制机理的原位分析

    赵峰宇高伟聂仲恒姜海鹏...
    959-964页
    查看更多>>摘要：煤炭是中国能源结构中至关重要的一部分,研究煤尘爆炸高效抑爆技术、揭示煤尘爆炸抑制机理,对保障中国经济持续增长和工业化进程持续加速具有重要作用.该文采用原位热解飞行时间质谱(in-situ Py-TOF-MS)深入分析了原煤与含植酸煤样的热解特性和产物分布.研究结果显示:含植酸抑爆剂能够显著降低煤尘热解过程中轻质可燃气体(主要为CH4和CO等)和有机挥发物(主要为烯烃、芳香类化合物、酚类化合物、二羟基芳烃)的含量.含植酸细水雾热解产生的主要化学抑爆组分包括[(HO)2PO]2O、PO(OH)3和HOPO2等,这些小分子含磷组分能够通过消耗H和OH等关键火焰自由基,有效终止爆炸链式反应.添加含植酸抑爆剂后,煤尘样品的放热量下降了 15.8％,活化能从11.3kJ/mol升高到16.4kJ/mol.

    原位热解飞行时间质谱煤尘爆炸含磷抑爆剂抑爆机理

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    低温-浸水复杂条件下催化燃烧式甲烷探测器响应特性

    何庆聂士斌张红刘小勇...
    965-974页
    查看更多>>摘要：甲烷气体泄漏会导致火灾爆炸事故的发生,恶劣的环境条件(如低温和浸水)会影响甲烷泄漏的精准检测.该研究系统分析了浸水和低温-浸水复杂条件下催化燃烧式甲烷探测器的响应特性及其影响机制.研究结果表明:浸水会显著降低甲烷探测器的灵敏度,浸水后探测器报警浓度增长90.3％.相比于室温-浸水,低温-浸水使报警浓度降低23.3％,响应时间的重复性能提升,平均标准差降低65.16％.浸水后传感器表面的水膜会阻碍甲烷气体进入传感器内部,使得传感器内甲烷含量降低;浸水还会导致催化剂的比表面积降低和催化剂水中毒,减少了甲烷气体的吸附位点,因此浸水后探测器需要更高浓度的甲烷才能触发报警状态.低温环境下探测器铂丝加热器电阻变化更为显著,吸收较少的催化燃烧反应热就能达到报警所需的电阻变化量,降低了探测器报警所需的甲烷浓度,因此低温环境有效减弱了浸水对探测器的不利影响.该文为进一步研究低温-浸水复杂条件对甲烷探测器性能的影响提供了实验依据,有利于提高甲烷泄漏的精准检测.

    甲烷泄漏甲烷探测器低温-浸水复杂条件报警浓度响应时间

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    送风环境下地铁车厢火灾探测器响应时间

    李行周汛焦伟冰
    975-983页
    查看更多>>摘要：为探究火源位置对送风环境下地铁车厢火灾探测器响应时间的影响,研究了不同火源位置下车厢内烟气蔓延规律及探测器响应时间.研究结果表明:回风口处风速较大,如果火灾发生在回风口附近,烟气可能会通过回风口进入车厢顶部送风系统,进而无法及时蔓延进入车厢顶部C形槽中,从而可能导致探测器响应时间延长.较大的风速会阻碍烟气向车厢顶部的蔓延,从而导致烟气无法快速进入C形槽内,致使探测器响应时间延长.因此,送风口所在截面的位置相比于车厢中心截面是更不利于火灾探测的位置.对该研究建立的车厢模型来说,在C形槽内布置2个探测器较为合理,在该研究设定的各火灾场景下,探测器均可在60s内探测到烟气.该研究结果可为此类地铁车厢的探测器布置提供参考.

    地铁车厢探测响应地铁车厢火灾烟气蔓延探测器布置

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    航空发动机燃烧室机匣烧穿火焰特性试验研究

    徐翔陈龙李松阳万羽翼...
    984-991页
    查看更多>>摘要：为研究航空发动机燃烧室机匣发生烧穿时射流火焰的温度、热流密度分布,建立机匣烧穿试验系统,采用单一变量法,研究了喷嘴孔径、油气质量比、外侧空气流速、燃烧室内部压力对射流火焰在轴向上的温度、热流密度分布的影响.结果表明:射流火焰在轴向上的热流密度衰减迅速,在127～254 mm内,热流密度衰减最多,可达81％;喷嘴孔径对于火焰形态、温度、热流密度影响最大;燃烧室内部压力对火焰温度影响可达675 ℃/MPa;外侧空气流速主要影响火焰轴向254～508 mm区间温度分布;油气质量比对火焰轴向温度影响达18.6％.航空发动机设计时应当考虑在燃烧室机匣薄弱点法线方向外侧254 mm范围内设置挡火板,以防止可能出现的机匣烧穿带来的危害.

    机匣烧穿射流火温度热流密度火焰

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    不同倾角下单导线与相邻双导线火蔓延特性对比

    高云骥杨正渊罗越扬张佩瑶...
    992-999页
    查看更多>>摘要：前人对于不同倾斜条件下导线火蔓延特性的研究主要考虑导线单根布置的情况,对于导线相邻并排布置情况的研究较少.该文基于可调间距倾斜平行导线火蔓延实验平台,开展了不同倾斜条件(0°、30°、60°、90°)下单导线及相邻双导线火蔓延特性对比研究,分析了火焰形态、火焰长度、火焰高度、火蔓延速率和温度等火蔓延特征参数的变化规律.通过实验研究发现:在单双导线火蔓延过程中,熔融绝缘材料会发生滴落和流淌行为,且相邻双导线发生滴落和流淌的频率大于单导线;双导线的平均火焰高度和火焰长度始终大于单导线,且单双导线平均火焰高度随着倾斜角度的增加先增大后减小,平均火焰长度随倾斜角度的增加而增大;由于双导线火蔓延存在传热和卷吸作用重叠区域,导致其火蔓延速率始终小于单导线.

    导线火蔓延特性滴落火蔓延速率倾斜角度

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    离散燃料火蔓延"V"形和"A"形火焰前锋形成机理

    马亮杰吴红波王禹
    1000-1006页
    查看更多>>摘要：真实火场不同燃料密度条件下,离散燃料火焰前锋形状具有显著差异,例如形状相反的"A"形和"V"形.关于离散固体燃料火焰前锋形状的研究较为有限,为了更好地预测火蔓延行为,亟待研究火焰形状变化的形成机制.将5 mm(长)× 5 mm(宽)× 60 mm(高)的木条均匀排布,固定在开孔水平板上,控制外界条件和燃料总面积相同,通过改变木条间距,在3、5和7 mm 3个工况下进行实验,并对热通量和质量损失进行测量和分析.结果表明:随着木条间距的增加,火焰前锋由"V"形(两侧火焰传播较快)逐渐变为"A"形(中心线火焰传播较快).基于传热理论,通过对流传热和辐射传热对离散燃料火蔓延前锋形状进行分析,建立了辐射传热模型,为火蔓延行为的精确预测提供了理论基础.

    离散燃料火焰蔓延火焰前锋形状传热机制热通量质量损失

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    车道车型分布差异对隧道疏散时间的影响

    刘顶立李颖徐志胜刘伟军...
    1007-1015页
    查看更多>>摘要：疏散仿真模拟是研究隧道安全的重要方式.现有公路隧道疏散仿真模拟研究均假定不同车型在各车道分布比例是均匀的,忽视了各车道车型分布差异及车辆随机分布对疏散时间的影响.该文提出了基于车道车型分布差异的隧道车辆随机布置算法,并开发了对应的公路隧道火灾及疏散模拟车辆随机布置(RAVT)系统.综合运用RAVT及疏散仿真模拟软件Pathfinder,以两车道隧道和三车道隧道为研究对象,共设置12种场景,进行240次模拟,分析了车辆极度拥堵(车距1.5 m)、拥堵(车距5m)、非拥堵(车距60m)情形下车道车型分布差异及车辆随机分布对疏散时间的影响.研究结果表明:车辆极度拥堵和拥堵时,车道车型分布差异及车辆随机分布对疏散时间的影响很大.在车辆数量及车型比例均相同的情况下,不同的车辆分布方式可对疏散时间造成较大的差异,疏散时间最大值和最小值相差百分比最大达59.76％.建议学者或工程师开展隧道疏散仿真模拟时须考虑车道车型分布差异及车辆停靠随机性的影响.该文研发的算法及系统、采用的疏散仿真模拟方法提升了隧道疏散仿真模拟的准确性和可靠性.

    公路隧道车道车型分布车辆随机分布疏散仿真模拟

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