流体力学在消防中的应用精选(九篇)

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第1篇：流体力学在消防中的应用范文

Abstract: in the test of fire control facilities, "fire pump lift check method", is one of the long-standing testing personnel problem, this paper proposes a method of calculation is simple, scientific to solve the problem.

中图分类号：TV136+.2 文献标识码：A

消火栓系统的充实水柱，在建筑消防设施中是个非常重要的技术指标，（《高层民用建筑设计防火规范》GB 500457.4.6.2条 消火栓的水枪充实水柱应通过水力计算确定，且建筑高度不超过100m的高层建筑不应小于10m；建筑高度超过100m的高层建筑不应小于13m。《建筑设计防火规范》GB50016 8.4.3条 水枪的充实水柱应经计算确定，甲、乙类厂房、层数超过6层的公共建筑和层数超过4层的厂房（仓库），不应小于10.0m；高层厂房（仓库）、高架仓库和体积大于25000m3的商店、体育馆、影剧院、会堂、展览建筑，车站、码头、机场建筑等，不应小于13.0m；其它建筑，不宜小于7.0m；）。而充实水柱能否满足要求，最直接的技术要求，就是消防水泵扬程能否满足要求。

然而消防设施检测机构对消防水泵的扬程的校核，长期缺乏统一、科学、简便的测量方法，常见的检测方法具体如下：

一、水头损失计算与水泵铭牌核对法：建筑消火栓系统管网复杂，通过水头损失的水力计算往往费时费力。而且设计图的管网与实际施工竣工现场有较大出入，仅仅对设计图而非实际现场的管网进行水力计算，从而校核水泵扬程，这是违反现场消防设施检测的基本计量认证原则的。即使通过繁琐的现场勘查计算，得出了系统水头损失的值，与水泵的铭牌扬程的核对结果也不能作为检测结果的判定依据。因为我们无从得知水泵铭牌扬程和水泵的实际扬程是否一致。仅仅核对水泵铭牌这一方式也是违反现场消防设施检测的基本计量认证原则的

二、设计流量下实测法：开启最不利点多个消火栓栓口，启动水泵，测量在设计流量下，每个消火栓的充实水柱是否能同时满足规范要求。理论上该方法是最直观有效的，但是在实际检测中有很大困难：

通常在检测现场我们很难有条件进行同时多个的最不利点消火栓放水试验（绝大多数项目现场条件限制，只能动用一只屋顶试验消火栓来进行试验。）

即使能开启多个消火栓进行喷水，现场也往往很难满足每个消火栓都有条件对充实水柱的长度进行测量，往往只有屋顶试验消火栓具备充实水柱的测量条件。

为此，我们急需一种试验较为简便、并且较为科学的计算方法，来实现消防检测机构在项目检测时对消防水泵扬程的校核。

首先让我们先来看看“流体动力学”。“流体动力学”是研究流体的运动规律及在工程上的实际应用。介绍“流体动力学”，首先得介绍恒定流能量方程式：

Z1＋P1／＋a1V12／2g = Z2＋P2／＋a2V22／2g＋hw （2－1）

a —— 动能修正系数，工程上近似地取a=1.0；

V —— 断面流体流速；

g —— 重力加速度，取9.8N/kg。

hw —— 指单位重量流体从一断面流至另一断面，因克服各种阻力所引起的能量损失，称单位能量损失。

该方程式又称为伯努利方程式，这一方程式不仅在整个工程流体力学中具有理论指导意义，而且在工程实际中得到广泛的应用。

若两断面间有水泵、风机等流体机械输入机械能时，能量方程式应改为

Z1＋P1／＋a1V12／2g＋H = Z2＋P2／＋a2V22／2g＋hw （2－2）

式中，H表示单位重量流体获得的能量。也就是本文重点要推算的“扬程”。

从物理学的观点看，能量方程式中的各项，表示流体的某种单位能量，其单位为焦耳/牛顿（J/N） 或者米(m)。

Z单位位能，指单位重量液体从某基准面所具有的位置势能。

P/单位压能，指单位重量流体所具有的压力势能。

aV2/2g是指单位重量流体所具有的动能，简称单位动能。

下图是举例某高层建筑，对该建筑的消火栓水泵扬程进行检测。

如图某高层建筑，消火栓用水量为20l/s，在现场验收，开启消火栓泵及一个试验用消火栓（接上水枪、水带。水枪口直径19mm），实测充实水柱为16m。

所示A点为水池液面，B点为水枪出水口处。

由伯努利方程我们可得以下等式：

ZA＋PA／＋aAVA2／2g＋H = ZB＋PB／＋aBVB2／2g＋hw

ZA——为（-0.5m）。

PA——水池直通大气，为0。

VA——水池面积较大，相应断面流速极小，可忽略不计。

H——水泵在某流量的扬程。

ZB——为33.0m。

PB——水枪出口处的压强，与PA相同直通大气，为0.0。

VB——出口处断面流速，可根据充实水柱长度通过下表查询并计算得出。（该表是消火栓充实水柱和流量的对应关系表。）

由表可知水枪充实水柱为16m时流量为6.2 l/s = 22.32m3/h = 0.0062m3/s。

则VB=Q／S=0.0062m3/s÷(D／2)2=21.87m/s

hw—水由断面A至断面B的阻力损失，待求。

因此当该水泵流量为22.32m3/h时，查水泵性能曲线图可得水泵扬程为 H = 72m。

将以上数据代入等式：

（-0.5m）＋0＋0＋72m = 33.0m＋0＋21.87m/s÷2g＋hw

解得hw=14.1m，即当最不利点流量为22.32m3/h时，该系统的管路总损失为14.1m。

管路总损失等于各管段的沿程水头损失与各管件（如阀门、弯头等）的局部损失的总和。即hw = hf＋hj

式中hf = ·L／d·V2／2g

hj = ·V2／2g

通过简化方程式，可得

hw = ·L／d·V2／2g＋·V2／2g

= （·L／d＋）·V2／2g

= a·（V2/2g）

式中，a为简化后对于（V2/2g）阻力系数。

而该水系统的设计流量为20l/s，设计同时使用水枪数4只（每只流量5l/s计），我们可以忽略增加开启的消火栓对整个管网阻力系数的影响，即阻力系数a不变，即可求出在20l/s流量下系统的阻力损失hw 。

因hw = a·（V2／2g）

a = hw ·（2g／V2）

又因a1 = a2

所以可得等式：

hw1·（2g/V12）=hw2·（2g/V22）（2—3）

hw—已求得为14.1 m.

V1—即B=21.87m/s。

V2—开启四只消火栓，20l/s流量下消火栓出口流速。

V2 = Q／4S=0.02m3/s÷4××(D/2)2

=17.64m/s

将以上数据代入等式（2-3）得：

1×（2g／21.872）=hw2（28／17.642）

hw2 = 14.1×（17.64／21.87）2

= 9.17 m

上述计算表明，系统在设计流量下的阻力损失hw2 = 9.17 m

再将以上数据代入式（2-2），即可求得水泵在20l/s，流量下的设计扬程：

ZA＋PA／＋aAVA2／2g＋H = ZB＋PB／＋aBVB2／2g＋hw

(-0.5m)＋0＋0＋H = 33.0＋0＋（7.64m/s）2/2g＋9.17m

H = 58.55 m

即消火栓泵的技术要求为: 扬程应58.55 m

以上计算虽然较为繁琐，但是它能通过现场实验的手段测试并计算得出该系统总的阻力系数，避免了实际检测中不论该系统管网的复杂程度，一律将局部阻力作简单估计的这一不科学作法，从而保证了消防检测的公正性与科学性！

参考文献：

[1]GB50045—95（2005年版），高层民用建筑设计防火规范[S]．

第2篇：流体力学在消防中的应用范文

关键词： 食堂火灾；FDS；Pathfinder；人员疏散

中图分类号：X932 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）05-0300-02

0 引言

近年来，高校学生食堂火灾时有发生，但一直都没有引起社会的足够重视，其中的原因可能是因为大多数火灾发生之后处理及时，并没有造成人员伤亡的发生。但因为食堂是人流量极大的区域，发生火灾后动则上千人的大疏散，这样不仅严重影响了学校师生的生活秩序、造成了较大的经济损失，而且容易引起学生恐慌，万一处理不及时且人员疏散工作不到位，则易发生踩踏等事故，最终的损失不可估量。基于此，笔者认为对学生食堂火灾及人员疏散进行研究是很有必要的。目前，国内外用得较为广泛的火灾和人员逃生模拟软件是FDS（Fire Dynamics Simulator）和Pathfinder，例如，徐艳秋等[1]利用FDS软件研究火场下的人员疏散模型，分析了不同的人员特点对疏散效率的影响。乐增等[2]利用FDS与Pathfinder对学生宿舍火灾与人员疏散进行了数值模拟，分析了宿舍发生火灾时烟气运动、温度的分布和能见度的变化规律，对现场消防工作具有一定的指导作用。根据笔者在知网上查询的文献显示，在学校火灾研究中，主要是针对学生宿舍，图书馆等区域的研究，而对学生食堂火灾的研究还鲜有文章提及。所以，笔者在查阅相关标准与文献的基础上，结合火灾模拟软件FDS和人员逃生软件Pathfinder，建立学生食堂数值模拟模型，并对相关参数进行分析，以期为高校学生食堂的消防防火管理方案提供理论参考。

1 FDS与Pathfinder简介

FDS（Fire Dynamics Simulator）是由美国国家标准技术局开发的火灾动力学模拟工具，是计算流体力学的一种模型，模拟火的能量驱动流体流动。该软件把设定空间分成多个小的三维矩形控制体或计算单元，计算每个单元内气体密度，速度，温度，压力和组分浓度用质量守恒、动量守恒和能量守恒的偏微分方程来近似有限差分，通过对同一网格使用有限体积技术来计算热辐射、流体流动中存在湍流现象，追踪预测火灾气体的产生和移动，并结合家具、墙壁、地板和顶棚的材料特性来计算火灾的增长和蔓延。

Pathfinder是由美国Thunderhead engineering公司开发的一个基于人员进出和运动的模拟器。它提供了图形用户界面的模拟设计和执行，以及三维可视化工具的分析结果。该运动的环境是一个完整的三维三角网格设计，以配合实际层面的建设模式。Pathfinder可以导入FDS模型，FDS在模拟火灾的同时，可以在相同时间内模拟人员疏散。这样既直观，又有可靠的数据，还可以分析出人员疏散的最佳时间，减少人员伤亡。

2 火灾与人员疏散模型建立

2.1 FDS火灾模型建立 笔者以某高校学生食堂为对象，建立FDS火灾模型。该学生食堂为三层建筑，层间距为5m，食堂的第一层的平面布置图如图1所示。该学生食堂的每一层布置相似，为了在方便建立模型，又不影响模拟结果的条件下，笔者在原食堂CAD图纸的基础上进行了简化处理，图中的C区域是食堂的主餐厅，为学生、老师的集中用餐区，中间部分为取饭处，A区域为厨房（主要研究对象），D区域为存放食材的地方。除此以外，图中的中上部为食堂的主楼梯，右下部为食堂的侧楼梯，B区域为食堂的大门。

在建立完几何模型后，再进行火源的设置。为模拟出食堂火灾最严重的情景，笔者将火源设置在食堂一层的厨房操作间中，这样设置的原因如下：①在笔者查阅的近几年食堂火灾的新闻中，几乎都是厨房着火。②厨房的可燃物最多，操作间的厨师稍有不慎都有可能会导致火灾的发生。③目前高校的学生食堂中，大量存在着私人承包的现象，而这些私人营业者往往安全意识不足，且管理上缺乏制度的约束，这将会让火灾发生的可能性大大增加。

2.2 Pathfinder人员疏散模型建立 建立完FDS火灾模型后，由于FDS与Pathfinder所建立的模型可以相互导入。所以，只要将建立完成的火灾模型导入到Pathfinder中即可，对多余的摭挡物进行删除处理后得到人员疏散的几何模型。然后对几何模型中各区域进行相关人员密度的设置，该参数可以采用Pathfinder软件中的推荐密度进行设置，对于餐厅区域的人员密度采用1.39m2/人，其它区域采用5.57m2/人。

在Pathfinder软件中人的行为模式有两种：Steering模式和SFPE模式。SEPF模型是一个流动模型，它的前进速度由每个房间的人员密度决定并且通过门的流体是由门宽控制的。而Steering指导模式是使用路径规划指导机制碰撞处理相结合控制人员运动的，因而Steering模式更能准确反应人员逃生的具体情况。

3 模拟结果及分析

3.1 FDS火灾模拟结果 在火灾模拟过程中，往往需要对烟气高度、能见度、温度等参数进行着点分析比较。而且有研究表明，在火灾中有2/3以上的死亡者是由烟气所致[3]，因此对烟气进行分析将是研究的重点。图2为模拟所得一楼到三楼的烟气高度的曲线图形。

3.2 人员疏散模拟结果 在Pathfinder中设定模拟时间为650s，并且默认人们对所有的出口都是熟知的，速度区间设置为1.13m/s～1.26m/s，得到的模拟结果如图3所示。

3.3 模拟结果分析 结合FDS与Pathfinder的模拟结果可以看出：烟气层的高度为决定有效安全疏散时间的最关键的因素。210s时，二楼楼梯口的烟气层高度已经达到使逃生人员无法继续逃生的临界值1.5m。所以有效安全疏散时间为210s，这意味着，所有逃生人员需要在210s之内逃离食堂的第二层；在人员疏散过程中，每层楼的主楼梯口与侧楼梯口均容易出现“成拱”现象，人与人之间相互挤压，万一疏散指挥不利造成“拱塌”，则会出现踩踏事件，严重影响到师生的生命财产安全；通过模拟还发现，在火灾最严重的情况下，由Pathfinder模拟出的需要安全疏散时间（613s）远大于有效安全疏散时间（210s），因此，对该食堂的火灾报警、喷淋设施进行合理重新设置是非常有必要的，同时加装防火楼梯也将大大缩短人员的逃生时间。

4 结论

笔者通过对某高校的学生食堂进行火灾的数值模拟分析，可以发现：①该模型能有效模拟食堂火灾的实际情况，能为学生食堂的消防安全工作提供有力的数据支持。②烟气层高度为影响人员疏散的最为关键的因素，因此，如果在火灾情景下减少烟气对人员逃生的影响，有效的争取到逃生时间，将是下一步研究工作的重点。③私人承包现象在大多数高校食堂中普遍存在，要解决食堂火灾的问题，就必须从人员的管理上着手，完善私人承包制度，增强人员消防安全意识，规范食堂日常管理才是根本的解决

之道。

参考文献：

[1]徐艳秋，王振东.基于Pathfinder和FDS的火场下人员疏散研究[J].中国安全生产科学技术，2012，8（2）：50-54.

第3篇：流体力学在消防中的应用范文

关键词：流体输配管网 实验教学 实验设备

Innovative attempt of improved pipenet for fluid supply in experimental teaching

Liu Weijun， Hu Weiping， Wu Jie

Shanghai university of engineering science， Shanghai， 201620， China

Abstract： In order to enhance learning effect in pipenet for fluid supply and college students' ability training， give full scope to experimental teaching， an innovative attempt is accomplished by teachers and students. The demountable comprehensive experimental platform of simulating domestic water supply and drainage system is developed and its experimental plan is presented. The design experiment can also prove to fully arouse their interest in learning， mobilize stuff and make full play of creation capability. The new practice condition may be suited to train and exercise feasiblely the students' ability of creative thinking， design and practice. It has been found that this experimental teaching model is manageable， highly popular with students， and has good application result.

Key words： pipenet for fluid supply； experimental teaching； experimental device

流体输配管网是建筑设备与环境、能源与环境系统工程等专业的重要学科基础课程，也是从事能源动力及环保行业的人员必须学习的课程之一。 它集中阐述通风空调、采暖供热、城市燃气、建筑给排水、消防工程、工厂动力等典型工程中各种流体管网的基本原理、计算分析方法、设备选型与设计及调控方法。

针对流体输配管网的课程研究更多集中在教学方式[1]、教学体系[2]、课程教学（包括内容、模式、考核等）[3]以及计算机编程技术在流体输配管网中的应用[4]等方面。在本课程传统教学过程中，存在重视理论教学，轻视实践教学的问题。“流体阻力系数测定实验”“水泵性能实验”“管网性能实验”是建筑环境与设备工程专业在流体力学、流体输配管网、供热工程课程教学中常做的实验[5]，但是这些实验多为演示和体验性实验，不但数量少，而且学生很难得到能力锻炼。近几年，少数大学在实验教学中尝试创新，如中国矿业大学在流体输配管网综合实验台研制和开设方面有所突破[6，7]。实际上，学生上流体输配管网理论课之前对工程流体输配没有概念，对课程内容缺乏感性认识和兴趣，理论教学过程中结合工程实际也较少，更谈不上实践动手能力、设计能力及创新能力的训练与提高了，所以很有必要提供更多的实践机会，开发更多能提高能力的实验，以促进流体输配管网教学效果和学生相关能力的提高。

笔者对流体输配管网实践教学环节做出了一些尝试，开发出生活给排水可拆装综合实验系统，由学生参考设计，并按自己的设计方案进行组装和实验，克服传统教学中学生只看不练、只想不做的状况，增强学生对所学基理论的理解和应用能力，培养学生设计、动手能力及创新意识，达到提高学生综合素质的目的。

1 系统创新构想

1.1 理论性

本系统的设计以流体输配管网的理论知识为基础，其中着重体现“流体输配管网基础知识”“泵与风机”“单相流体输配管网水力特征与水力计算”与“泵、风机与管网系统的匹配”4个方面的知识点运用。学生在设计生活给排水可拆装综合实验系统的过程中，通过对所提供实验组件的不断熟悉与研究，寻求解决问题的方法，进而有助于学生深入体会流体输配管网的相关理论和方法的实用性。同时，学生对于管网设计所涉及的理论计算及计算公式将有进一步的理解，而不是浮于表面的“死记硬背”。

1.2 实践性

流体输配管网是一门理论与实践性都较强的课程，由于课程教学课时少（48学时），如果仅仅靠课堂教学难以获得好的教学效果，必须将实验教学和理论教学有机结合。本系统的设计宗旨就是可以充分锻炼学生的实践能力尤其是动手能力，实验系统的可拆装性就是具体体现。在系统的拆装过程中，学生会面临很多实际问题，而在解决这些问题时，能够将理论知识理解得更加透彻，更体现所学宽泛知识的随机应用。同时，学生动手能力也将得到锻炼。

1.3 思维发散性

书本上的理论是死的，而实际的问题却是千变万化的，如何运用死板的理论知识解决实际的问题，发散性思维是关键。传统的实践教学环节，主要包括验证性实验（即验证某个理论或公式的正确性）和探究性实验（即按照既定的实验说明书进行实验）。本系统设计的目标是打破传统实践教学的狭隘性，拓宽学生思路，提高思维的发散性。学生在实验的设计和实施过程中，可以自由发挥想象，利用现有的工具与配件进行装配，只要最终组装完成的给排水系统能正常工作与实验即可。

1.4 可操作性

由于本实验系统设计与实施要由学生多次重复完成，所以在实验系统组成的零部件设计以及材料选择上都要符合耐久性、通用性和易于拆卸的准则。同时，为了确保学生在实验过程中的安全，系统的设计也要考虑到种种安全措施，如所有尖角都需打磨成圆角、插座需远离水源等。

2 典型拆装实验系统的设计与实现

2.1 实验系统的总体构成

本系统设计是以流体输配管网以及给排水工程所涉及的实际装置为参考依据。实验系统的总体构成示意图如图1所示，组装好的一种典型实验系统照片如图2所示。其主要包括以下部件：热源（热水器）、高位水箱、循环泵、排放水箱、阀门、水龙头、厨盆、支架、连接管道（包括金属软管、胶管、PVC管、塑料管）及电源插座等。

图1 实验系统的总体构成示意图

图2 典型实验系统照片

2.2 实验系统关键部件设计与选择

（1）支架。为一体式结构，为整个系统的支撑与固定，在支架的设计过程中，须要满足功能性需求同时兼顾力学强度和稳定性要求，最终由40×40角铁焊接搭建而成。

（2）热水器。选择普遍应用的家庭用电热水器，既能体现热源作用，又能满足热水供应，同时更加贴近真实生活中的实际应用系统。

（3）高位水箱。为了尽可能满足系统需求水量，其设计容量为60 L（带有液位计），设有排水、给水和溢流管接头，为了防锈选用不锈钢304材料。

（4）循环水泵。它可以用于系统的水循环或者增加给水压力等，可以根据实验设计需要连接于系统的不同位置。

（5）排放水箱。由于排放水箱位于支架的底部，根据支架的设计尺寸选择亚克力浴缸更为合适，既贴近应用实际又方便维护。

（6）厨盆。作为排水末端设备，选择整套不锈钢厨盆，配有可拆卸落水配件及塑料软管，容易实现排水“水封”实验，方便实验台维护。

（7）阀门和水龙头。作为系统的调节与安全拆装配件，选择便于拆装的角阀。为了模拟给水用水端部设备，配置与厨盆相配的厨房水龙头和与热水器相配的花洒喷头。

（8）连接管道及变换接头。由实验室水龙头给上位水箱供水可通过硅胶管连接实现；排水立管提供PVC硬管；给水与排水管道均可由金属软管实现连接；另外配备多个铜制弯头、三通等变化连接件，以备管路连接变化所用。

2.3 实验原理、方法与实施

2.3.1 实验原理

包括给水和排水实验原理：要实现给终端设备供水，管道内的水必须在压力作用下克服流动阻力，而压力来源通常为重力压头、水泵产生的压头或其他介质传递的压头（压气罐）。本实验热水器给水可以采用重力水箱和水箱结合循环增压泵两种方式，厨盆水龙头给水是靠水箱重力实现。实验中涉及排水均为重力作用，即实现排污水从高处流向低处。水箱溢水排出和厨盆废水排出均经过同一个立管排到排放水箱中，而其排水由塑料软管接入室内地漏。此外，厨盆排水能够体现水封作用。

2.3.2 实验方法

实验以学生为主导，教师辅助指导，依据实验条件和要求，精心设计，互助合作完成实验系统搭建与测试，最终完成实验总结与分析报告。实验分五个过程：实验系统与实验方案设计预约与熟悉实验环境及器材完善设计系统与方案具体装配与调试及实验总结。

2.3.3 实施步骤

第一步，根据实验主题和具体要求以及所能提供的配件与工具，预先设计实验系统及实验方案。第二步，预约熟悉实验时间，在教师指导下，按时到实验室熟悉实验准备情况，包括准备好实验安装用配件和工具。第三步，根据实验熟悉情况修缮原设计方案，并做好实验小组具体人员分工合作准备。第四步，按自己所设计方案，到实验室正式搭建实验系统。第五步，指导教师检查系统是否符合实验测试及安全性要求。第六步，按预先设计实验方案进行具体测试，并记录实验数据等。第七步，拆卸已搭建系统，使部件和工具及实验环境恢复原状。第八步，课后撰写实验总结与分析报告并上交指导教师。

3 结束语

在师生共同努力下开发出的生活给排水可拆装综合实验系统，可以形象模拟家庭给排水系统，既使参与学生得到多方面能力培养与锻炼，同时又为后续学生学习流体输配管网创建了自主实验条件，并提出一整套实验实施方法。本课程实验教学尝试以学生兴趣和学识应用为主导，将理论与实践紧密结合，切实实现培养和锻炼大学生的创新思维能力、设计与动手能力。实践证明，本实验教学模式深受学生欢迎，并取得了良好的应用效果。

参考文献

[1] 王子云.流体输配管网教学方式探讨[J].制冷与空调， 2010，24（2）：71-73.

[2] 李风雷.建设流体输配管网教学体系的探索[J].太原理工大学学报：社会科学版，2005，23（S）：168-169.

[3] 全贞花，王伟，肖婧.流体输配管网课程教学研究[J].高等建筑教育，2009，18（3）：94-96.

[4] 肖益民，付祥钊.用MATLAB分析流体输配管网的初步研究[J]. 重庆大学学报：自然科学版，2002，25（8）：14-17.

[5] 高等学校土建学科教学指导委员会建筑环境与设备工程专业指导委员会.全国高等学校土建类专业本科教育培养目标扣培养方案及主干课程教学基本要求—建筑环境与设备工程专业[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

第4篇：流体力学在消防中的应用范文

[关键词]升温曲线 钢构件

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0153-02

钢结构凭借其自重轻、整体性能好、变形能力强等优势在仓库、厂房、大空间以及超高层建筑中得到广泛的应用。但钢的耐火性能差，因而设计者要特别注意钢结构在火灾中的升温问题。钢结构在不同的升温计算方式下得到的结果不一样，本文主要讨论了几种不同的空气升温计算方法，分别计算不同升温曲线下空气的升温以及钢构件的升温过程，并将结果进行对比，得到各计算方式的适用性。

一、火场温度计算方法

（一）标准升温曲线

（三）区域模型

区域模型是将着火房间划分为几个区，目前采用最多的是双区域模型，假定两个部分之间的分界线高度在各处均是一致的，上部为热气层区，下部为冷气层区。通过数值模拟的方法来得到火灾时每个时间点建筑内的温度以及烟气分布情况。该模型既具有一定的准确性有具有良好的经济性，受到广泛的应用，但其未考虑竖向烟气层的温度梯度分布。

目前采用的模型有：美国NIST开发的用于计算门窗关闭的单个房间内热烟气层温度和高度的模型ASET；哈佛大学Emmons和Mitler等开发的单室区域模型HARVARD-V，美国NIST在此基础上开发了FIRST模型，它可以计算在用户设定的引燃条件或设定的火源条件下，单个房间内火灾的发展情况；人们普遍关注较高的是CFAST模型，它是由早期的FAST模型发展而来，并融合了NIST开发的另一个火灾模型CCFM中先进的数值计算方法，从而将CFAST模型和火灾探测模型DERECT、人员承受极限模型TENEB及人员疏散模型EXIT组合起来，形成功能更健全的HAZARD1模型。

（四）场模型

场模型又称计算流体力学模型（CFD），将空间划分为一系列的网格，从各种能量守恒方程出发，通过数值方法求解得出火场各时刻各个空间点的温度分布。场模型能计算出更小空间单位或着火空间内某一点的火灾特性参数，故其分析结果更为准确。但场模型的计算数学方程十分驮樱计算量大，需要使用具有良好的性能和机能的大型计算机。

JASMINE模型是由英国火灾研究站（Fire Research Station，FRS）在计算流体动力学模型PHOENICS的基础上开发出来的，专门用于火灾过程场模拟计算的模型。FDS（Fire Dynamics Simulator）是美国NIST开发的采用数值方法求解一组描述热驱动的低速流动的Navier-Stokes方程，重点计算火灾中的烟气流动和热传递过程。其他还有BFSM模型、COMPF2模型、DETACT-QS模型、ASCOS模型、FASBUS模型等等。上文提到的大空间火灾经验升温公式就是基于场模型模拟而得到的经验公式。

二、钢构件升温计算公式

三、对比计算

分别采用三种标准升温曲线和大空间的升温经验计算公式计算火场空气升温、有保护钢构件升温和无保护钢构件升温。其中，使用大空间经验计算公式时分别取火源功率为1MW和20MW，计算火源中心正上方的温度。计算结果可知当钢构件没有防火保护时，其升温稍滞后于空气升温，但最终将与空气温度趋于一致；当钢结构有防火保护时，将逐渐缓慢升温。

表1列出了5种火场温度计算方法下不同时间时有保护钢构件与空气的温度，钢构件截面形状系数，其中温度折减值是在导热系数为0.1，25mm保护层厚度下钢构件、空气的温差与空气温度的比值，即。

从表1中我们能得到，在火灾发生后15min时，除了火源功率较小的1MW大空间火灾外，在其他火场升温计算条件下保护层对钢构件的保护能力基本一致，大约在91%左右。随着火灾时间的推移，热量逐渐向钢构件及其保护层传递，保护层的保护抵抗能力下降，钢构件温度升高，在ISO834、ASTM-E119、20MW大空间升温条件下的保护层保护能力相近，约为53%。而对于由烃类火灾升温曲线计算得到的较高火场温度下的保护层的保护能力略低，为48%；当采用火源功率较小的1MW大空间火场升温公式计算时，火场温度较低，保护层的保护能力也略低，为46%。由此我们可以得出，在不同的火灾升温曲线下，通过计算得到所需的钢构件的保护层厚度是不一样的。特别是大空间火灾的钢构件升温，由于火场温度计算受多种因素影响，进而影响钢构件的温度值，大空间火灾在不同情况下钢构件的升温与标准升温曲线计算得到的值差别较大，故在使用升温曲线计算火场温度时，应根据实际情况选取对应的升温曲线，再根据式（2.1）～（2.5）来确定钢构件的温度。

四、结论

通过计算分析可知，不同的火灾升温曲线计算得到的火场温度不同，进而影响钢构件的温度，最终会影响钢构件的保护层厚度。选取正确的火场升温曲线对于准确确定钢构件的保护层厚度，确保建筑的耐火性能，节约材料成本等具有重要意义。本文介绍的几种火场温度计算方法各有利弊，使用时应根据具体情况选取最优的计算方法来确定火场温度：

（1）标准升温曲线适用于易于发生轰然的室内火灾，计算简单，对火场温度值没有精确要求时可以使用。其中ISO834、ASTM-E119适用于一般室内火灾，烃类火灾标准升温曲线适用于由烃类可燃物引发的室内火灾；

（2）大空间经验升温公式适用于占地面积较大或净空高度较高的大空间火灾；

（3）当需要通过确定室内空间各点的温度分布来确定钢构件的温度时，可以采用区域模型或者场模型软件模拟计算。

参考文献

[1] 李国强，杜咏.实用大空间建筑火灾空气升温经验公式[J].消防科学与技术，2005，24（3）：283-287.

[2] 建筑钢结构防火技术规范（CECS 200：2006）[S].北京：中国工程建设标准化协会标准，2006.

第5篇：流体力学在消防中的应用范文

【关键词】杂质颗粒；水滑动轴承；承载能力

在自然环境日趋遭受严重污染的现状下， 由于水技术具有无污染、摩擦因数低、经济节约等特殊优点， 世界各国对水技术进行了大量的应用研究与产品开发。最近十年来随着新型材料的发展和加工技术的进步， 克服了在早期水轴承中存在的诸如易腐蚀、易磨损、泄漏大、效率低等缺点， 水轴承开始广泛地进入食品、造纸、纺织、医疗、消防、冶金、采矿、原子能动力厂、海洋开发等工业应用领域。

滑动轴承在工作工程中常会出现一些微小杂质颗粒混入介质而形成液固两相流， 这一现象在实际应用中往往是不可避免。这种液固两相流对水滑动轴承承载能力这一重要设计指标会产生一定的影响， 因此， 对这一领域进行研究是十分必要的。本文作者根据多相流数值计算理论， 分析杂质的含量以及颗粒直径对水滑动轴承压力场分布以及承载能力的影响。

1.介质中杂质的来源

1.1 系统中存在的潜伏杂质

机械零件在铸造、机加工、清洗、装配、包装运输过程中都会残留微量的型砂、切屑、毛刺、淬火

盐、灰尘、锈斑等， 一些大型的系统元件， 如水箱等均含有此类杂质； 在系统的组装过程中也会产生一些杂质， 如磨屑、铁锈、焊渣等， 甚至在管接头拧紧的过程中也会产生一些颗粒污染物。在机械系统尚末运行之前， 这些杂质就已经潜伏在系统中。

1.2 从系统外部侵入的杂质

在机器的使用管理与维修、更换元件时， 杂质也会侵入系统。有些机械工作条件恶劣， 岩尘以及沙粒都会通过注水口、透气口、轴端密封等处进入系统。此类杂质的主要种类为岩尘、沙粒、泥浆等。

1.3 由系统内部生成的杂质

主要是由于滑动轴承在工作过程中发生摩擦磨损及表面疲劳和划伤， 滑动轴承表面公差配合不当， 元件内部的机械干扰、腐蚀、气蚀， 液体在高压高速下的冲蚀作用等原因造成的各种固体颗粒物。此类杂质的主要种类为滑动轴承材料颗粒， 如： 金属颗粒、橡胶颗粒、塑料颗粒等。

2.多相流流体理论

由于有固体颗粒混入了作为介质的水中， 因此水由单相流体变为多相流体， 单纯的流体就变为了复杂的液-固两相流体， 固体颗粒的存在会在一定程度上影响水的物化特性以及性能， 使其表现出一些与纯水所不同的性质。多相流是一种复杂的物理现象， 随着计算流体力学理论研究的深入和计算能力的提高为深入了解多相流动提供了基础，对多相流进行数值模拟已经迅速发展成为了一种极其重要和有效的研究手段。目前应用最多的多相流数值计算方法有欧拉-欧拉方法和欧拉-拉格朗日方法。

2.1 欧拉-欧拉方法

欧拉法着眼于空间的点， 基本思想是考察空间每一个点上的物理量及其变化。在欧拉法中， 不同相被处理成互相贯穿的连续介质。各相的体积比率是时间和空间的连续函数， 其体积分比率之和等于1。从各相的守恒方程可以推导出一组方程， 这些方程对于所有的相都具有类似的形式。从实验得到的数据可以建立一些特定的关系， 从而能使上述方程封闭。对于小颗粒流则可以通过应用分子运动论的理论使方程封闭。

2.2 欧拉-拉格朗日方法

拉格朗日法着眼于流体的质点， 基本思想是跟踪每个流体质点在流动过程中的运动全过程， 记录每个质点在每一时刻、每一位置的各个物理量及其变化。主体相是利用欧拉法计算， 而离散颗粒则是利用拉格朗日法进行粒子跟踪， 这就是所谓的欧拉-拉格朗日模型。将主体相作为连续相， 直接求解时均 Nav ier -Stokes方程； 将稀疏相视为离散颗粒， 通过计算流场中大量的粒子、气泡或是液滴的运动得到的。此模型虽然计算量庞大， 但是相对欧拉模型来讲， 精确度要更高一些。离散相模型能更准确地模拟气-固两相流动和一些粒子负载流以及用于跟踪固体颗粒、气泡、液滴在连续相中运动轨迹。该模型的一个基本假设是， 作为离散的第二相的体积比率应很低， 一般需要离散相含量不超过 15%。由于杂质在介质中含量一般不会超过 10%，故选用欧拉-拉格朗日方法来计算。并且考虑到作者所研究的固液密度有较大差异， 且两相间无质量交换， 因此对于连续相的计算选择改进的 k - ε分散湍流模型。

在湍流多相流动中， 动量交换项包含了固相瞬态分布和湍流流体运动之间的关系， 能够考虑到由湍流流体运动输送的固相分布。在欧拉-拉格朗日模型中描述离散相 （杂质颗粒） 的运动轨迹是靠作用在颗粒上的力的方程所得到的。单个颗粒在流场中运动时所受的力有曳力、压力梯度力、附加质量力、Basset力、Saf fman升力和M agnus力、重力等。但在作者所研究的液固两相流动中， 由于颗粒粒径较小、含量较低， 颗粒所受的流体曳力是最主要的， 其他力在量级上与之相比非常小， 因此将其忽略不计。

3 .分析

3.1 杂质含量对性能的影响

在一定范围内， 随着杂质含量的增加， 水膜的压力值增大， 尤其是靠近楔形滑块水膜入口处的压力值明显增加， 压力梯度变小。但总体的压力分布规律基本不受杂质含量变化的影响。水滑动轴承的承载能力随滑块速度的增大而增加； 随水中杂质含量的增大， 滑动轴承的承载能力随滑块速度加大的增幅愈加明显： 当速度为 5 m / s时， 水中杂质质量分数为 10%的滑动轴承的承载能力基本与水中无杂质的滑动轴承承载能力相近； 而当速度为 50 m / s时， 水中杂质质量分数为10%的滑动轴承承载力则达到水中无杂质时滑动轴承承载能力的 2倍左右。可见介质中杂质含量的增加在一定程度上可以比较明显地提高滑动轴承的承载能力。这一数值模拟计算结果与以往学者的多相流理论研究结果是相符的， 一些学者的实验也表明在水中添加一定含量的固体介质可以提高水滑动轴承的承载能力。虽然水中杂质含量的增加可以提高轴承的承载能力， 可是在一般工况条件下， 水中杂质并非为提高滑动轴承承载能力而专门添加的颗粒， 大多是混入水中的岩尘颗粒以及沙石颗粒， 其颗粒形状大小不一并且有的颗粒有尖角。根据相关的实验证明： 随着水中杂质含量的增加， 滑动轴承的磨损量会大幅增加， 从而将较大程度地降低滑动轴承的使用寿命， 而这也正是在实际工作中应该尽量避免发生的现象。

3.2 杂质粒径对性能的影响

杂质颗粒直径的变化对于膜的压力分布以及滑动轴承承载能力的影响都十分有限，基本上可以忽略不计。

而当水中混入的杂质颗粒直径大于轴承的最小水膜厚度时， 由于颗粒粒径大于水膜的厚度， 因此颗粒与滑动轴承的两个表面均发生直接接触， 将直接承担部分滑动轴承载荷。此时的计算已经不能采用简单的多相流理论， 而要综合考虑颗粒和滑动轴承表面的弹性变形。杂质颗粒直径大于最小水膜厚度时， 会加大滑动轴承的磨损， 这种情况也是要尽量避免的。鉴于以上的分析， 可以设定系统过滤网的最大过滤直径不能超过膜最小厚度。

4.结论

4.1随着水中杂质含量的增加， 水滑动轴承的水膜压力增大， 但水膜压力的分布规律基本不受杂质含量变化的影响。

4.2随着水中杂质颗粒含量的增加， 水滑动轴承的承载能力也相应增加； 随滑块速度的增加，

第6篇：流体力学在消防中的应用范文

一、理论力学教学现状

理论力学是研究物体机械运动规律及其应用的科学，也称为经典力学。理论力学通常分为两大部分：牛顿力学和分析力学。其中，牛顿力学是以牛顿运动定律为基础，从分析物体受力情况入手，探讨物体的机械运动规律；分析力学是以达朗伯原理为基础，分析物体的能量情况，由此探讨物体机械运动规律。大部分工科专业都会接触较多的机械运动问题，所以理论力学是工科院校的技术基础课。又因为理论力学研究的是最普遍最基本的规律，所以也是一系列后续课程的理论基础，很多课程如“材料力学”“结构力学”“弹性力学”“流体力学”“振动理论”“断裂力学”都以理论力学的内容为基础。可见，理论力学是大学工科专业学生的必修课，在课程建设中占有重要地位。目前大多数理论力学教学采取传统的教学模式。开学初，教师会根据教学大纲制定教学计划，然后按照教学计划中的教学进度给学生上课。上课的时间是固定的，这使得教师很难根据实际情况进行自主和拓展教学。而且在高校倡导缩减课时的大背景下，理论力学课时有限，对力学基础要求高的专业如土木工程、机械工程等设置为72学时，而对于力学基础要求不高的专业如消防和安全专业为64学时，这还包括4~6学时的实验。在这样的条件下，教师在课堂上会用大部分时间讲解基本概念、基本原理以及公式推导，很难有时间进行课堂测试和练习。教师为了完成课时进度，会忽略学生对课程学习和掌握的效果。

二、探究式教学方法理论背景和实施

探究性教学方法开展由问题开始，采用探索性学习方式，发挥了学生的自主性，具有合作交流的特征；探索性教学要遵循适度、引发兴趣以及可操作原则；探索性教学通过教师创设情境、提出问题，学生分析问题、提出猜想、验证猜想、分析总结等环节来实施。由此可见，探究性学习是一种积极的学习过程。翻转课堂是近年来教育界关注的热点，翻转课堂教学过程中，教师提前制作学习任务的微视频，让学生在课前学习微视频课程，课内师生通过交流方式完成解惑和知识内化的过程。这种模式激发了学生的自主学习能力，有效改善了灌输式教育的弊端。翻转课堂教学模式中，微视频设计和制作是一项重要环节。微视频要求短小精悍，长度在3~30分钟为宜，方便学生利用移动终端如手机、平板电脑在碎片式的时间进行学习。教学微视频的内容必须是完整的，集中解决一个知识点，层次结构清晰，循序渐进。微视频要生动形象，图文并茂便于理解和记忆，长短适中，抓住学习者的注意力。可以借鉴网络科普微视频制作的优点，如画面简洁而灵动、知识点集中，但又要兼顾教学视频的严谨和避免过多的娱乐性。

三、理论力学适合探究式教学方法的设计流程

理论力学不同于数学课，研究实际问题，关注物理意义；又不同于物理课，研究既定性又定量，会有大量数学推导。探究式教学内容的设计可以是与生活息息相关的结构构件问题，这容易激发学生的学习兴趣。理论力学这门课程内容多而抽象，为了在较短的学时内让学生完成教学大纲所规定的内容，并充分利用课下时间进行知识点和题目的强化，所以借鉴探究式学习方法的新理念，采用翻转课堂教学新模式，借助微视频新媒体手段，具体的教学设计流程如图1所示。理论力学探究式教学流程中，课前教师围绕课程重点和难点，选择一个完整的知识点，结合例题，按照前述微视频制作的注意事项准备能吸引学生注意力的教学微视频。微视频并下达课前任务书，同时将学生分成若干学习小组，小组成员完成微视频的学习并查阅相关资料，通过QQ、微信等聊天工具进行交流，共同完成任务书中的学习任务。在这一过程中，小组组长负责监督，教师根据学习任务完成情况给予考核评分。课堂上主要由教师和学生互动完成教学任务，首先教师会针对微视频中所涉及的知识点进行提问，了解学生掌握情况。再在课堂上播放微视频，并针对重点难点进行强调和提醒，然后与知识点相关的举一反三题目进行随堂测试，教师走下讲台做巡回指导。在这一过程中，教师发现问题并进一步强调和讲解。在这一轮中似乎并没有节约课堂时间，但实际上由于学生主动参与，对问题反复认识和消化，使得课堂讲授变得容易和顺畅，会节约课堂讲授时间。课后，学生要完成作业，并把问题反馈给教师，教师对学习效果做进一步评价，学生如果还存在疑问，可以进行单独答疑，如果发现整体学习效果不好，还要返回课堂重新帮助学生解惑。

四、理论力学探究式教学方法案例

现结合一个教学案例来说明理论力学探究式教学方法的实施。点的合成运动中速度合成定理这部分内容是教学难点。本案例中假设已经讲过了点的合成运动中相关概念和定理，讨论过简单的例题。为了表述一个完整的知识点，在微视频中首先把速度合成定理相关概念和定理交代清楚，如动点动系选取，绝对运动、相对运动、牵连运动、绝对速度、相对速度、牵连速度概念、速度合成定理。注意微视频制作过程中充分利用生活实例使概念和公理通俗易懂。微视频中的单元包括：①引入单旋翼式直升机例子如图2（P73），分析螺旋桨上M点运动：在地面上看M点作螺旋线运动，在飞机上看M点作圆周运动，机身相对地面直线平移。②要弄清“一点二系三运动”，“一点”即动点，此例中选M点；二系所指固结于地面上的静坐标系“Oxy”，固结于相对于地面运动物体上的动坐标系O’x’y’，如机舱。三运动包括绝对运动，即动点相对于静系的运动，如：P点相对于地面的运动；相对运动，即动点相对于动系的运动，如：P点相对机机身的运动；牵连运动，即动系相对于静系的运动，如：飞机相对于地面的运动。③将实例上升为理论模型。微视频中通过动画显示理论模型并配以解说来说明模型中各个量的物理量含义。用解析法推导和说明三大速度，并推导点的速度合成定理。④然后通过一道例题来生动的说明动点动系如何选取以及速度合成定理的应用。例题可选如图3所示机构的经典题目分析，但是要注意深入浅出的讲解，让学生容易理解。采取探究式的教学模式，由于微视频的制作中所挑选的例题具有一定的代表性，能很好地反映知识点难度，并且微视频是一个完整的知识点，学生可以通过自学来完成学习任务，在这一过程中学生会充分发挥学习的积极性，提高对知识的掌握度，并大量的节省课堂时间，改善学习效果。

作者:李英杰 左建平 张 芳 刘德军 单位:中国矿业大学

参考文献：

[1]工程力学———运动学和动力学[M].高等教育出版社,2009.

[2]左建平,左明.谈大学工程力学课程的教学思想[J].高教论坛,2010,(4):18-21.

[3]王小莉,孔春玉.“材料力学”课程讲座式教学方法探究[J].广东技术师范学院学报(自然科学),2016,(5):100-103.

[4]李明川,冯其红.渗流力学教学中探究式课堂教学方法实例[J].职业教育研究,2013,(1):102-103.

第7篇：流体力学在消防中的应用范文

关键词：给排水工程；OBE；培养模式；工程素质

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）34-0157-02

给排水工程是工科学科中的一种，旨在培养适应市政、环保、建筑等行业给排水工程技术生产、建设、服务和管理第一线需要的，掌握从事给排水工程设计、施工、水处理设施运营管理、水环境及水污染监测分析等职业岗位实际工作的基本能力和基本技能，具有必备的基础理论知识和专业知识的高素质技能型专门人才[1]。2015年4月16日国务院印发《水污染防治行动计划》（俗称“水十条”）[2]，对水污染防治提出了阶段性治理目标。同时，大量新型建筑体系出现，对给排水设计提出了更多更高的要求。本文借鉴OBE工程教育理念，研究本专业改革与创新，更好的培养能适应新形势、具备一定职业素养、职业技能，能够迅速适应现场工作的给排水专业高级工程技术型人才。

一、OBE工程教育模式概述

成果导向的教育模式（Outcomes-based Education，缩写为OBE）最早出现于美国和澳大利亚的基础教育改革，后应用于工程教育领域，是以预期学习产出为中心来组织、实施和评价教育的结构模式，由学习成果驱动整个课程活动和学生学习产出评价[3]。成果导向教育理念与传统教育理念的最大区别，是要求教育者对学生的学习成果和能力水平先进行准确定位，然后通过各种合适的教育手段和结构来保证学生达到预期目标。《国家中长期教育改革和发展规划纲要》（2010-2020年）提出了“重点扩大应用型复合型人才培养规模”的部署和要求；2013年6月，我国被接纳为工程教育本科专业认证的国际互认协议《华盛顿协议》签约成员。这都说明，在工程教育领域引入成果导向教育理念具有非常重要的现实意义。

二、OBE理念下的给排水工程教学改革

1.成果导向的给排水专业学习成果确定。给排水专业主要分为市政给排水与建筑给排水两个大方向，包括给水处理厂、给水排水管网系统、建筑给水排水工程和污水处理厂的设计、施工等各个方面。在成果导向教育理念下，教育者需要完成的核心目标就是让学生取得该专业所要求的能力和水平。中国工程教育认证通用标准中，对毕业生提出了十条要求，结合给排水专业性质，可将要求总结如下：掌握流体力学、工程制图、水处理微生物、水泵与水泵站、工程力学、工程测量学等基础工程学科的基本理论；掌握给水工程、给水排水管网工程、建筑给水排水工程、排水工程的基本原理和设计方法；掌握市政工程招投标的基本知识和技术方法；了解水科学与技术的前沿理论和发展动态；具备环境影响评价、水环境监测和分析、环境规划管理的初步能力。

2.成果导向的给排水专业课程体系构建。学习成果代表了一种能力结构，这种能力主要通过课程体系构建来实现。因此，课程体系构建对达成学习成果尤为重要。能力结构与课程体系结构应有一种清晰的映射关系，能力结构中的每一种能力要有明确的课程来支撑，换句话说，课程体系的每门课程要对实现能力结构有确定的贡献。按照给排水职业能力培养为教学目标，对课程结构进行构建，将岗位职业技能要求与课程授课内容进行融合，如下页表1所示。

3.成果导向的给排水专业教学策略制定。课堂教学是使学生能够达到毕业要求、达成培养目标的基础。在传统的教育模式中，教育者往往以教材为主线传授学生知识，但是随着给排水行业的快速发展，行业规范在不断的修订完善，如建筑消防部分，2015年就同时废止了《建筑防火设计规范》（GB50016-2006）和《高层民用建筑防火设计规范》（GB50045-95），启用新的《建筑防火设计规范》（GB50016-2014）和《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014），新规范对建筑防火要求进行了多出修订，但大多数教材并没有及时更新，导致学生的学习内容滞后于市场的需求，不能尽快适应工作岗位的需要。因此教师在教学过程中应该不拘泥于教材，而应该通过各种新型教学手段，如动画视频演示、大量引入实际工程案例等方法，从实际应用的角度着重培养学生分析解决实际工程问题的能力。例如，在《建筑给水排水工程》这一门课程中，可以采用动画视频的方式让学生直观了解弯头、三通、四通、分水器等管件的连接方式，可以结合实际工程图纸讲解建筑给排水各系统的设计理论在实际工程中的应用。

4.成果导向的给排水专业实践环节安排。给排水专业的实践环节包括课程设计、认识实习、生产实习、毕业实习和毕业设计。目前的教育模式中，课程设计质量尚能达到预期目标，但是课外实习环节，由于经费问题、水厂安全问题、实习周期问题等，往往达不到预期目标。因此建议采用集中和分散相结合的方式，认识实习和生产实习教师统一联系安排实习地点，毕业实习则有学生自主联系实习单位，并尽量将实习内容与自己的毕业设计（论文）选题相结合，以利于学生更快的融入工程实践。

此外，还可以通过开展科研训练的办法培养学生自主查阅资料、了解行业前沿动态的能力，同时提高科研、创新和动手能力。专业教师还应该鼓励学生积极申请国家级、省级大学生创新创业项目以及校级本科生科研训练计划项目；学生也可以直接参与专业教师的在研课题。武汉轻工大学给排水专业本科生近年来多名本科学生参与教师立项课题，内容涉及垃圾填埋场渗滤液性质分析及无害化处理、污泥减量及稳定处理等。学生通过参与整体项目构思、设计、实施、运行的全过程，不仅拓宽了给排水工程领域的科学知识，而且有助于培养自身的工程设计能力和团队协作能力。

5.成果导向的给排水专业学习成果评估。成果导向教育理念不过分关注教师的教学内容和教学方式，而是将焦点放在评价学生学习成果上。因此，对学习成果的评估不宜采用期末考试卷面成绩一刀切的方式，而应该采用多元和梯次的评价标准。针对某一门课程，在不同时间对已经完成的学习成果，分别进行自我评价和教师评价，并和设定的学习成果进行对比，找出不足。

三、结论

采用OBE成果导向教育理念培养给排水专业人才，是实现由“内容为本”向“学生为本”的根本转变，教学目标先于教学内容而存在。在OBE模式中，学生可以清晰地预见学习成果，即需要掌握哪些方面基本知识点和技能。OBE不限定教师采取什么样的教育方法和教育内容，这为教师充分地展现教育艺术来实现既定目标提供了广阔空间。学校可以开展阶段性的学习产出评估，及时检查与预期目标之间的差距，并根据评估结果即使调整教学结构和资源配置，提高教学效果。

参考文献：

[1]中国教育部.普通高等学校本科专业目录[Z].2015.

第8篇：流体力学在消防中的应用范文

关键词：暖通空调，节能减排设计

中图分类号： TE08文献标识码： A

前言

近年来的社会发展中，伴随着我国国民经济的飞速发展，能源问题和环境问题之间的矛盾日益尖锐，成为影响城市化发展和人们生活水平的主要因素。截至目前，在城市化发展之中，由于建筑能耗造成的能源耗费现象越来越严重，已成为整个社会发展中能源浪费的核心结构。领因此，在目前的建筑工程项目中，节能减排为主的新型空调系统逐渐受到人们的重视，也成为建筑工程中备受关注的环节。

1．暖通空调系统组成和主要特点

1.1 暖通空调系统组成

暖通空调主要指的是集采暖、通风、空气调节装置和相关系统为一体的综合性空调设备。这种设备在应用的过程中其涉及范围非常广泛，其包含有物理学、流体力学、机械学、热力学等多个不同的工作领域，因此来说对其进行设计是一项相当复杂的工作，也是多个不同的工作体系和环节。

1.2 特点

在暖通空调系统的应用中，其最大的特点在于能够创造出一个舒适、宜人、优雅的室内环境，而一般的空调系统在应用的过程中最多只是解决室内环境的冷暖问题，而很少进行空气处理。

2.现阶段暖通空调工程中存在问题

在现阶段的规范要求的基础上，暖通空调工程要满足社会人们的生活、生产需求。与我国气候条件较为相似的发达国家相比较，我国每平方米建筑物的采暖的能源消耗量达到发达国家的 2~3 倍，还不能达到这些发达国家所提供的建筑环境舒适度。 分析这里面的原因，主要包括下面两点：其一是暖通设计人员没有严格执行基本原则，没有按照因地制宜的原则有效地作出合理的设计；其二是与暖通空调相匹配的供热排风系统设计不合理。

建筑暖通空调系统在施工中也存在较多现实问题。施工是实现暖通空调工程功能的重要环节。 现阶段由于管理制度不完善，相关从业人员没有优秀的职业素养。 导致在暖通空调工程施工过程中，施工企业为了追求更多的利润而在材料上以次充好，盲目追赶工期，造成工程存在较多的质量隐患。

除了设计和施工阶段导致的暖通空调系统能耗过大外，运行管理阶段也是影响其能耗的一大环节。管理人员需要结合建筑物的采暖空调负荷的状态、相关设备的使用状况以及室内外环节的变化进行实时的调整。 施工企业还需要重视暖通空调系统的使用中的维护工作，需要确保残余暖通工程维护的工作人员具备一定的理论基础和实践经验，懂得根据建筑物室内外温度变化情况来调节暖通空调系统的运行状况，尽量降低暖通空调系统的能源消耗量。

3.暖通空调工程的节能减排设计

3.1 设计的基本目标

建筑物的暖通空调系统的节能减排的设计， 需要在系统稳定、可靠的基础上，控制暖通空调系统的投资成本、运行成本达到节能减排的目的。因此，暖通空调工程设计人员需要紧密联系工程实际，结合有关的节能减排设计经验，采取必要的优化措施，发挥不同给排水、空调系统的节能措施，达到节能减排的最终目的。

3.2 设计的基本原则

暖通空调系统的设计企业要严格要求有关设计人员在进行建筑暖通空调工程项目设计过程中，对建筑物的冷热负荷进行详细的计算并提出相应的节能措施。 确定暖通空调系统的设计方案时，设计人员要与建设方进行深入沟通，并充分了解工程现场情况，根据建筑物的负荷情况和建筑功能要求、 当地的能源特点和气候特征综合考虑，合理地进行管道设备的布置，保证暖通空调工程施工过程中，与结构土建、建筑装饰、水电、消防等专业人员进行配合与协调，保证暖通空调工程的节能减排目标得以实现。

3.3 节能减排优化设计的基本策略

3.3.1 空调风系统的优化设计

建筑物的空调系统在运行时会释放大量的热量，有效地转移这些热量， 从而保证建筑物空调系统正常温度地运行时一个重要的过程。随着城市建筑物的高度和建筑面积日益增大，建筑物产生的余热也日益增加。因此在建筑物中使用水地源热泵空调系统可以解决建筑物空调散热的问题， 并且该系统的运行成本相比较传统空调会大幅度降低。 空调系统末端宜采用新风换气机组的形式，通过新风进入室内之前与回风有效热量交换的方式，达到降低耗电的目的。

3.3.2 空调水系统

空调睡系统中的开式系统在设备运行时的水泵扬程容易消耗较大的能量，设计时采用闭式的水循环系统可以降低能耗。 这是因为开式水循环系统中的冷、热水使用同一个管路形成回路，因此冷热交替过程中消耗较多的能量。空调的回路布置与空调运行成本具有较大的关系，如果空调水系统较为庞大，其较大回路阻力导致不同回路间负荷差距较大，造成较多能耗的产生，因此应使用变频泵系统。 此外，还可以在空调冷热源侧根据实际情况设有不同负荷级别的水泵进行水循环，可以进一步降低能耗。 另外，大型建筑的空调管路较长，所以冷热量损失也将必然增加。设计施工过程中空调管路的保温必须严格按照国家相关标准执行，以避免不必要的损失。

3.3.3 空调冷热源

空气调节系统的冷热源宜采用集中设置的冷(热)水机组或换热设备。 当前各种机组、设备品种繁多，电制冷机组、溴化锂吸收式制冷机组、冰蓄冷空调机组及水地源热泵空调机组等各具特色，由于机组或设备的选择受占地面积、使用特征、当地能源种类、投资和运行费用、环保规定等多种因素的影响和制约，设计人员只有在充分做好上述因素的调研后，客观全面地对冷热源方案进行综合论证，才能真正达到节能、使用效果的双赢目的。

4.暖通空调节能技术的相关应用

4.1 提高建筑物围护结构的保温隔热性能

建筑围护结构的能耗是建筑物的暖通空调系统在运行过程中的一部分能耗，提高建筑物的保温性能，可以有效地降低暖通空调系统运行所带来的损耗。 因此需要结合建筑物的实际情况，对建筑围护结构的保温隔热性能进行改善，可以在一定程度上控制暖通空调系统的能耗。

4.2 冰蓄冷系统应用

我国不同地区的经济发展状况存在较大的不平衡性，因此各地区的用电高峰、低谷时段也具有较大的差异性，因此容易产生不同的用电高峰时段出现电力供应紧张，而用电低谷阶段又发生能源过剩的现象，容易造成较大能源浪费。 针对这种情况可以应用蓄冷系统将用电高峰时段所产生的电量制作成冰， 从而可以在用电低谷阶段进行释放，缓解建筑暖通空调系统的用电消耗。

4.3 变频系统的应用

暖通空调系统在运行的过程中， 通常是不会产生全负荷运行的现象，因为系统在运行的过程中，其所处的外部环境也在随时发生变化，所以其负荷也会随着环境的变化而产生一定的变化。 同时，空调系统的运行条件是保证稳定的额定功率， 一旦额定功率发生变化，就会产生全负荷输出的现象，这时就会造成能源的浪费。 如果能够运用变频技术将其额定功率的变化控制在科学的范围内，空调系统本身就不会由于额定功率的改变而形成全负荷运转的状态，这样就达到了节能的目的。 因此，变频技术在空调系统中的使用时空调节能要求的必然结果，使用变频技术不仅可以对空调系统中的一些不足进行改善，同时还可以在一定程度上降低耗能，节约空调运行的费用。

结语

暖通空调系统的节能减排设计，需要综合考虑工程项目的设计、 施工以及后期运行维护过程中的能耗控制，在确保建筑物功能的实现的基础上，建设能源消耗，从而最终实现建筑能耗的降低的目标，促进我国经济建设的可持续发展。

参考文献

[1]张爱萍.基于暖通工程系统中节能问题的分析.山西建筑

[2]王迎辉，轩信飞，李莉，田澍.中原工学院学报.太阳能在暖通空调中的应用分析

[3]王小润.暖通空调业节能减排效益不容低估.光明日报，2012-11-27

第9篇：流体力学在消防中的应用范文

关键词：水资源；污水循环利用；城市污水

1 水资源的短缺现状

天津是我国严重缺水城市之一,它的特殊地理位置决定了汛期因水而忧、非汛期又因无水而愁.根据中央对天津的新定位、新要求,在可持续发展治水思路指导下,采取以南水北调和引滦入津水为主、本地水和引黄济津水及海水、中水、微咸水、雨洪水等非常规水为辅多水源的统一优化配置等对策,不仅可以保证中心城区用水安全,而且还满足了服务滨海新区开发开放的要求.

2 城市污水如何更好的循环利用

污水的回用关键还是取决于适合该地区的特点，有效地进行回收利用.例如日本创造了中水管道系统，在建筑群内设双管供水系统，利用再生污水冲刷厕所、作冷却水、浇花园和草地、冲洗马路和汽车或作景观、消防用水，获得了显著成效。以色列则是一个水资源极度贫乏的国家，因此污水已经成为该国重要的水资源之一。该国将污水回用以法律的形式给予保障，如法律规定在紧靠地中海的滨海地区，若污水没有充分利用就不允许使用海水淡化水。污水资源给以色列带来了极大的经济效益，不仅实现了全国粮食自给，而且还将棉花、花生等出口到了欧洲。

我们可以借鉴其他国家的模式，再根据自身的特点把城市污水排放之后，进入各系统污水处理厂进行处理。根据对于处理后的不同需要，在原有设施的基础之上，增设不同的处理工艺对污水进行处理。以天津纪庄子污水处理厂为例，设立专门的管理机构对回用水的安全进行评价，严格控制回用水的输出水质，回用水可根据处理程度部分用于农业灌溉，部分用于工业，城市设施（包括景观用水）以及地下水回灌。天津市位于环渤海经济圈的中心，是近代工业的发源地，近代北方最我国北方的海运与工业中心。天津市可考虑将污水经有效处理之后，尽量用于工业用水，可以对水资源更加合理有效地利用。除此之外，经净化之后的回用水也可以应用于市政建设，绿化园林，天津背靠燕山，东临渤海，地处海河流域下游，流域内密布的河流呈扇形分布，是各主要行洪河道的共同入海尾间，兼具防洪、防潮、防涝的三重任务。再以天津市纪庄子污水处理厂为例，2004年以来，该厂已累计处理污水近19亿立方米，大大减轻了天津市污水污染的程度，也为农田灌溉提供了可靠的水资源，改善了渤海湾一带海域环境质量，取得了良好的社会效益和环境效益。

3 要实现污水的回收再利用，首先要保证对污水的处理程度

最新发明的“SPR高浊度污水净化系统”（美国发明专利）将污水的“一级处理”和“三级处理”程序合并设计在一个SPR污水净化器罐体内，在30分钟流程里快速完成。它容许直接吸入悬浮物（浊度）高达500毫克/升至5000毫克/升的高浊度污水，处理后出水的悬浮物（浊度）低于3毫克/升（度）；它容许直接吸入CODcr为200毫克/升至800毫克/升的高浓度有机污水，处理后出水CODcr可降为40毫克/升以下。只需用相当于常规的一、二级污水处理厂的工程投资和低于常规二级处理的运行费用，就能够获得三级处理水平的效果，实现城市污水的再生和回用。 SPR污水处理系统首先采用化学方法使溶解状态的污染物从真溶除毒物、除病原体等处理单元过程；如果直接作为城市饮用以外的生活用水，例如洗衣、清扫、冲洗厕所、喷洒街道和绿化地带等用水, 液状态下析出，形成具有固相界面的胶粒或微小悬浮颗粒；选用高效而又经济的吸附剂将有机污染物、色度等从污水中分离出来；然后采用微观物理吸附法将污水中各种胶粒和悬浮颗粒凝聚成大块密实的絮体；再依靠旋流和过滤水力学等流体力学原理，在自行设计的SPR高浊度污水净化器内使絮体与水快速分离；清水经过罐体内自我形成的致密的悬浮泥层过滤之后，达到三级处理的水准，出水实现回用；污泥则在浓缩室内高度浓缩，定期靠压力排出，由于污泥含水率低，且脱水性能良好，可以直接送入机械脱水装置，经脱水之后的污泥饼亦可以用来制造人行道地砖，免除了二次污染。

根据三级处理出水的具体去向和用途，其处理流程和组成单元有所不同。如果为防止受纳水体富营养化，则采用除磷和除氮的处理单元过程；如果为保护下游饮用水源或浴场不受污染，则应采用除磷、除氮、其出水水质要求接近于饮用水标准,则要采用更多的处理单元过程。污水的三级处理厂与相应的输配水管道结合起来便形成城市的中水道系统。天津还为此专门出台了关于住宅使用中水的规定，城市规划面积5万平方米以上的新建住宅小区，规划人口在1万人以上的住宅小区都要使用中水，配有中水管道。目前天津一些小区都使用中水来替换自来水用于景观用水，以及浇灌绿地。

4 城市污水再生利用存在的问题及对策

问题1:目前尚未建立城市污水再生利用规划指标体系。在城市建设总体规划中，虽然进行了城市的供水及排水规划，但在水资源的综合利用方面缺乏统一的规划，尤其是城市污水再生利用规划，这势必会造成重复建设和决策失误。

对策:城市污水再生利用应纳入城市总体规划以及城市水资源合理分配与开发利用计划，在综合平衡、科学论证的基础上，针对城市实际情况进行总体规划，确定其应有的位置和作用。在再生水水质、使用用途、处理程度、处理流程、输水方式的选择上，要综合平衡、远近结合，既要满足功能要求和用水水质需求，又要因地制宜、经济合理。过高的目标与要求，将可能适得其反。

问题2:城市污水的收集与处理是城市污水再生利用的重要前提条件，目前城市污水管网建设严重滞后于城市发展，二级生物处理率不到15%。

对策:强化城市污水管网与污水处理工程设施的建设是推动城市污水再生利用的关键。不少地方政府对污水再生利用的认识不够，在缺水时优先考虑的是调水，而且绝大多数城市污水处理厂的规划、设计与建设目标是达标排放，往往没有考虑污水的大规模再生利用。因此，今后城市污水处理厂的建设，既要满足区域水污染控制要求与相应的排放标准，也要考虑城市污水的再生利用需求。在某些地区，可以通过开展城市污水再生利用工作来促进污水收集与处理工程的建设与完善。

问题3:城市污水再生利用事业的发展必须依靠科技进步，从始至终都要有新技术、高技术的保证和支持。目前城市污水再生利用技术和设备的开发难以满足快速增长的再生利用工程建设和运行管理的需求.

对策:今后城市污水再生利用的技术发展应着重于已有技术的集成化、综合整合、产业化和工程化，需要对已有技术不断改进和更新，加强新工艺、新流程、新技术和设备产品的研究、开发和推广应用，并注重示范性工程的研究和建设。通过工程化和生产性测试，着重解决城市污水再生利用于农业、生态、市政和工业中的水质净化技术、水质稳定技术、水质保障技术、安全用水技术、工程技术、运行管理技术和成套技术设备问题。

5结语

水是一种可再生的自然资源，城市污水的再生利用是节约及合理利用水资源的有效途径；同时，城市作为一个特殊的“人类社会系统”，从“清洁生产”的角度看，城市污水的再生利用也是防治水环境污染及促进人类可持续发展的一个重要方面，城市污水处理和再生水的利用是水资源良性社会循环的重要保障措施。随着城市水资源的日益紧缺，城市污水的再生利用更有着非常深远的理论和现实意义。