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第1篇：流體力學在消防中的應用范文

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.

中圖分類號：TV136+.2 文獻標識碼：A

消火栓系統的充實水柱，在建筑消防設施中是個非常重要的技術指標，（《高層民用建筑設計防火規范》GB 500457.4.6.2條 消火栓的水槍充實水柱應通過水力計算確定，且建筑高度不超過100m的高層建筑不應小于10m；建筑高度超過100m的高層建筑不應小于13m。《建筑設計防火規范》GB50016 8.4.3條 水槍的充實水柱應經計算確定，甲、乙類廠房、層數超過6層的公共建筑和層數超過4層的廠房（倉庫），不應小于10.0m；高層廠房（倉庫）、高架倉庫和體積大于25000m3的商店、體育館、影劇院、會堂、展覽建筑，車站、碼頭、機場建筑等，不應小于13.0m；其它建筑，不宜小于7.0m；）。而充實水柱能否滿足要求，最直接的技術要求，就是消防水泵揚程能否滿足要求。

然而消防設施檢測機構對消防水泵的揚程的校核，長期缺乏統一、科學、簡便的測量方法，常見的檢測方法具體如下：

一、水頭損失計算與水泵銘牌核對法：建筑消火栓系統管網復雜，通過水頭損失的水力計算往往費時費力。而且設計圖的管網與實際施工竣工現場有較大出入，僅僅對設計圖而非實際現場的管網進行水力計算，從而校核水泵揚程，這是違反現場消防設施檢測的基本計量認證原則的。即使通過繁瑣的現場勘查計算，得出了系統水頭損失的值，與水泵的銘牌揚程的核對結果也不能作為檢測結果的判定依據。因為我們無從得知水泵銘牌揚程和水泵的實際揚程是否一致。僅僅核對水泵銘牌這一方式也是違反現場消防設施檢測的基本計量認證原則的

二、設計流量下實測法：開啟最不利點多個消火栓栓口，啟動水泵，測量在設計流量下，每個消火栓的充實水柱是否能同時滿足規范要求。理論上該方法是最直觀有效的，但是在實際檢測中有很大困難：

通常在檢測現場我們很難有條件進行同時多個的最不利點消火栓放水試驗（絕大多數項目現場條件限制，只能動用一只屋頂試驗消火栓來進行試驗。）

即使能開啟多個消火栓進行噴水，現場也往往很難滿足每個消火栓都有條件對充實水柱的長度進行測量，往往只有屋頂試驗消火栓具備充實水柱的測量條件。

為此，我們急需一種試驗較為簡便、并且較為科學的計算方法，來實現消防檢測機構在項目檢測時對消防水泵揚程的校核。

首先讓我們先來看看“流體動力學”。“流體動力學”是研究流體的運動規律及在工程上的實際應用。介紹“流體動力學”，首先得介紹恒定流能量方程式：

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

a —— 動能修正系數，工程上近似地取a=1.0；

V —— 斷面流體流速；

g —— 重力加速度，取9.8N/kg。

hw —— 指單位重量流體從一斷面流至另一斷面，因克服各種阻力所引起的能量損失，稱單位能量損失。

該方程式又稱為伯努利方程式，這一方程式不僅在整個工程流體力學中具有理論指導意義，而且在工程實際中得到廣泛的應用。

若兩斷面間有水泵、風機等流體機械輸入機械能時，能量方程式應改為

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

式中，H表示單位重量流體獲得的能量。也就是本文重點要推算的“揚程”。

從物理學的觀點看，能量方程式中的各項，表示流體的某種單位能量，其單位為焦耳/牛頓（J/N） 或者米(m)。

Z單位位能，指單位重量液體從某基準面所具有的位置勢能。

P/單位壓能，指單位重量流體所具有的壓力勢能。

aV2/2g是指單位重量流體所具有的動能，簡稱單位動能。

下圖是舉例某高層建筑，對該建筑的消火栓水泵揚程進行檢測。

如圖某高層建筑，消火栓用水量為20l/s，在現場驗收，開啟消火栓泵及一個試驗用消火栓（接上水槍、水帶。水槍口直徑19mm），實測充實水柱為16m。

所示A點為水池液面，B點為水槍出水口處。

由伯努利方程我們可得以下等式：

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

ZA——為（-0.5m）。

PA——水池直通大氣，為0。

VA——水池面積較大，相應斷面流速極小，可忽略不計。

H——水泵在某流量的揚程。

ZB——為33.0m。

PB——水槍出口處的壓強，與PA相同直通大氣，為0.0。

VB——出口處斷面流速，可根據充實水柱長度通過下表查詢并計算得出。（該表是消火栓充實水柱和流量的對應關系表。）

由表可知水槍充實水柱為16m時流量為6.2 l/s = 22.32m3/h = 0.0062m3/s。

則VB=Q／S=0.0062m3/s÷(D／2)2=21.87m/s

hw—水由斷面A至斷面B的阻力損失，待求。

因此當該水泵流量為22.32m3/h時，查水泵性能曲線圖可得水泵揚程為 H = 72m。

將以上數據代入等式：

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

解得hw=14.1m，即當最不利點流量為22.32m3/h時，該系統的管路總損失為14.1m。

管路總損失等于各管段的沿程水頭損失與各管件（如閥門、彎頭等）的局部損失的總和。即hw = hf＋hj

式中hf = ·L／d·V2／2g

hj = ·V2／2g

通過簡化方程式，可得

hw = ·L／d·V2／2g＋·V2／2g

= （·L／d＋）·V2／2g

= a·（V2/2g）

式中，a為簡化后對于（V2/2g）阻力系數。

而該水系統的設計流量為20l/s，設計同時使用水槍數4只（每只流量5l/s計），我們可以忽略增加開啟的消火栓對整個管網阻力系數的影響，即阻力系數a不變，即可求出在20l/s流量下系統的阻力損失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—已求得為14.1 m.

V1—即B=21.87m/s。

V2—開啟四只消火栓，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

將以上數據代入等式（2-3）得：

1×（2g／21.872）=hw2（28／17.642）

hw2 = 14.1×（17.64／21.87）2

= 9.17 m

上述計算表明，系統在設計流量下的阻力損失hw2 = 9.17 m

再將以上數據代入式（2-2），即可求得水泵在20l/s，流量下的設計揚程：

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

即消火栓泵的技術要求為: 揚程應58.55 m

以上計算雖然較為繁瑣，但是它能通過現場實驗的手段測試并計算得出該系統總的阻力系數，避免了實際檢測中不論該系統管網的復雜程度，一律將局部阻力作簡單估計的這一不科學作法，從而保證了消防檢測的公正性與科學性！

參考文獻：

[1]GB50045—95（2005年版），高層民用建筑設計防火規范[S]．

第2篇：流體力學在消防中的應用范文

關鍵詞： 食堂火災；FDS；Pathfinder；人員疏散

中圖分類號：X932 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）05-0300-02

0 引言

近年來，高校學生食堂火災時有發生，但一直都沒有引起社會的足夠重視，其中的原因可能是因為大多數火災發生之后處理及時，并沒有造成人員傷亡的發生。但因為食堂是人流量極大的區域，發生火災后動則上千人的大疏散，這樣不僅嚴重影響了學校師生的生活秩序、造成了較大的經濟損失，而且容易引起學生恐慌，萬一處理不及時且人員疏散工作不到位，則易發生踩踏等事故，最終的損失不可估量。基于此，筆者認為對學生食堂火災及人員疏散進行研究是很有必要的。目前，國內外用得較為廣泛的火災和人員逃生模擬軟件是FDS（Fire Dynamics Simulator）和Pathfinder，例如，徐艷秋等[1]利用FDS軟件研究火場下的人員疏散模型，分析了不同的人員特點對疏散效率的影響。樂增等[2]利用FDS與Pathfinder對學生宿舍火災與人員疏散進行了數值模擬，分析了宿舍發生火災時煙氣運動、溫度的分布和能見度的變化規律，對現場消防工作具有一定的指導作用。根據筆者在知網上查詢的文獻顯示，在學校火災研究中，主要是針對學生宿舍，圖書館等區域的研究，而對學生食堂火災的研究還鮮有文章提及。所以，筆者在查閱相關標準與文獻的基礎上，結合火災模擬軟件FDS和人員逃生軟件Pathfinder，建立學生食堂數值模擬模型，并對相關參數進行分析，以期為高校學生食堂的消防防火管理方案提供理論參考。

1 FDS與Pathfinder簡介

FDS（Fire Dynamics Simulator）是由美國國家標準技術局開發的火災動力學模擬工具，是計算流體力學的一種模型，模擬火的能量驅動流體流動。該軟件把設定空間分成多個小的三維矩形控制體或計算單元，計算每個單元內氣體密度，速度，溫度，壓力和組分濃度用質量守恒、動量守恒和能量守恒的偏微分方程來近似有限差分，通過對同一網格使用有限體積技術來計算熱輻射、流體流動中存在湍流現象，追蹤預測火災氣體的產生和移動，并結合家具、墻壁、地板和頂棚的材料特性來計算火災的增長和蔓延。

Pathfinder是由美國Thunderhead engineering公司開發的一個基于人員進出和運動的模擬器。它提供了圖形用戶界面的模擬設計和執行，以及三維可視化工具的分析結果。該運動的環境是一個完整的三維三角網格設計，以配合實際層面的建設模式。Pathfinder可以導入FDS模型，FDS在模擬火災的同時，可以在相同時間內模擬人員疏散。這樣既直觀，又有可靠的數據，還可以分析出人員疏散的最佳時間，減少人員傷亡。

2 火災與人員疏散模型建立

2.1 FDS火災模型建立 筆者以某高校學生食堂為對象，建立FDS火災模型。該學生食堂為三層建筑，層間距為5m，食堂的第一層的平面布置圖如圖1所示。該學生食堂的每一層布置相似，為了在方便建立模型，又不影響模擬結果的條件下，筆者在原食堂CAD圖紙的基礎上進行了簡化處理，圖中的C區域是食堂的主餐廳，為學生、老師的集中用餐區，中間部分為取飯處，A區域為廚房（主要研究對象），D區域為存放食材的地方。除此以外，圖中的中上部為食堂的主樓梯，右下部為食堂的側樓梯，B區域為食堂的大門。

在建立完幾何模型后，再進行火源的設置。為模擬出食堂火災最嚴重的情景，筆者將火源設置在食堂一層的廚房操作間中，這樣設置的原因如下：①在筆者查閱的近幾年食堂火災的新聞中，幾乎都是廚房著火。②廚房的可燃物最多，操作間的廚師稍有不慎都有可能會導致火災的發生。③目前高校的學生食堂中，大量存在著私人承包的現象，而這些私人營業者往往安全意識不足，且管理上缺乏制度的約束，這將會讓火災發生的可能性大大增加。

2.2 Pathfinder人員疏散模型建立 建立完FDS火災模型后，由于FDS與Pathfinder所建立的模型可以相互導入。所以，只要將建立完成的火災模型導入到Pathfinder中即可，對多余的摭擋物進行刪除處理后得到人員疏散的幾何模型。然后對幾何模型中各區域進行相關人員密度的設置，該參數可以采用Pathfinder軟件中的推薦密度進行設置，對于餐廳區域的人員密度采用1.39m2/人，其它區域采用5.57m2/人。

在Pathfinder軟件中人的行為模式有兩種：Steering模式和SFPE模式。SEPF模型是一個流動模型，它的前進速度由每個房間的人員密度決定并且通過門的流體是由門寬控制的。而Steering指導模式是使用路徑規劃指導機制碰撞處理相結合控制人員運動的，因而Steering模式更能準確反應人員逃生的具體情況。

3 模擬結果及分析

3.1 FDS火災模擬結果 在火災模擬過程中，往往需要對煙氣高度、能見度、溫度等參數進行著點分析比較。而且有研究表明，在火災中有2/3以上的死亡者是由煙氣所致[3]，因此對煙氣進行分析將是研究的重點。圖2為模擬所得一樓到三樓的煙氣高度的曲線圖形。

3.2 人員疏散模擬結果 在Pathfinder中設定模擬時間為650s，并且默認人們對所有的出口都是熟知的，速度區間設置為1.13m/s～1.26m/s，得到的模擬結果如圖3所示。

3.3 模擬結果分析 結合FDS與Pathfinder的模擬結果可以看出：煙氣層的高度為決定有效安全疏散時間的最關鍵的因素。210s時，二樓樓梯口的煙氣層高度已經達到使逃生人員無法繼續逃生的臨界值1.5m。所以有效安全疏散時間為210s，這意味著，所有逃生人員需要在210s之內逃離食堂的第二層；在人員疏散過程中，每層樓的主樓梯口與側樓梯口均容易出現“成拱”現象，人與人之間相互擠壓，萬一疏散指揮不利造成“拱塌”，則會出現踩踏事件，嚴重影響到師生的生命財產安全；通過模擬還發現，在火災最嚴重的情況下，由Pathfinder模擬出的需要安全疏散時間（613s）遠大于有效安全疏散時間（210s），因此，對該食堂的火災報警、噴淋設施進行合理重新設置是非常有必要的，同時加裝防火樓梯也將大大縮短人員的逃生時間。

4 結論

筆者通過對某高校的學生食堂進行火災的數值模擬分析，可以發現：①該模型能有效模擬食堂火災的實際情況，能為學生食堂的消防安全工作提供有力的數據支持。②煙氣層高度為影響人員疏散的最為關鍵的因素，因此，如果在火災情景下減少煙氣對人員逃生的影響，有效的爭取到逃生時間，將是下一步研究工作的重點。③私人承包現象在大多數高校食堂中普遍存在，要解決食堂火災的問題，就必須從人員的管理上著手，完善私人承包制度，增強人員消防安全意識，規范食堂日常管理才是根本的解決

之道。

參考文獻：

[1]徐艷秋，王振東.基于Pathfinder和FDS的火場下人員疏散研究[J].中國安全生產科學技術，2012，8（2）：50-54.

第3篇：流體力學在消防中的應用范文

關鍵詞：流體輸配管網 實驗教學 實驗設備

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

流體輸配管網是建筑設備與環境、能源與環境系統工程等專業的重要學科基礎課程，也是從事能源動力及環保行業的人員必須學習的課程之一。 它集中闡述通風空調、采暖供熱、城市燃氣、建筑給排水、消防工程、工廠動力等典型工程中各種流體管網的基本原理、計算分析方法、設備選型與設計及調控方法。

針對流體輸配管網的課程研究更多集中在教學方式[1]、教學體系[2]、課程教學（包括內容、模式、考核等）[3]以及計算機編程技術在流體輸配管網中的應用[4]等方面。在本課程傳統教學過程中，存在重視理論教學，輕視實踐教學的問題。“流體阻力系數測定實驗”“水泵性能實驗”“管網性能實驗”是建筑環境與設備工程專業在流體力學、流體輸配管網、供熱工程課程教學中常做的實驗[5]，但是這些實驗多為演示和體驗性實驗，不但數量少，而且學生很難得到能力鍛煉。近幾年，少數大學在實驗教學中嘗試創新，如中國礦業大學在流體輸配管網綜合實驗臺研制和開設方面有所突破[6，7]。實際上，學生上流體輸配管網理論課之前對工程流體輸配沒有概念，對課程內容缺乏感性認識和興趣，理論教學過程中結合工程實際也較少，更談不上實踐動手能力、設計能力及創新能力的訓練與提高了，所以很有必要提供更多的實踐機會，開發更多能提高能力的實驗，以促進流體輸配管網教學效果和學生相關能力的提高。

筆者對流體輸配管網實踐教學環節做出了一些嘗試，開發出生活給排水可拆裝綜合實驗系統，由學生參考設計，并按自己的設計方案進行組裝和實驗，克服傳統教學中學生只看不練、只想不做的狀況，增強學生對所學基理論的理解和應用能力，培養學生設計、動手能力及創新意識，達到提高學生綜合素質的目的。

1 系統創新構想

1.1 理論性

本系統的設計以流體輸配管網的理論知識為基礎，其中著重體現“流體輸配管網基礎知識”“泵與風機”“單相流體輸配管網水力特征與水力計算”與“泵、風機與管網系統的匹配”4個方面的知識點運用。學生在設計生活給排水可拆裝綜合實驗系統的過程中，通過對所提供實驗組件的不斷熟悉與研究，尋求解決問題的方法，進而有助于學生深入體會流體輸配管網的相關理論和方法的實用性。同時，學生對于管網設計所涉及的理論計算及計算公式將有進一步的理解，而不是浮于表面的“死記硬背”。

1.2 實踐性

流體輸配管網是一門理論與實踐性都較強的課程，由于課程教學課時少（48學時），如果僅僅靠課堂教學難以獲得好的教學效果，必須將實驗教學和理論教學有機結合。本系統的設計宗旨就是可以充分鍛煉學生的實踐能力尤其是動手能力，實驗系統的可拆裝性就是具體體現。在系統的拆裝過程中，學生會面臨很多實際問題，而在解決這些問題時，能夠將理論知識理解得更加透徹，更體現所學寬泛知識的隨機應用。同時，學生動手能力也將得到鍛煉。

1.3 思維發散性

書本上的理論是死的，而實際的問題卻是千變萬化的，如何運用死板的理論知識解決實際的問題，發散性思維是關鍵。傳統的實踐教學環節，主要包括驗證性實驗（即驗證某個理論或公式的正確性）和探究性實驗（即按照既定的實驗說明書進行實驗）。本系統設計的目標是打破傳統實踐教學的狹隘性，拓寬學生思路，提高思維的發散性。學生在實驗的設計和實施過程中，可以自由發揮想象，利用現有的工具與配件進行裝配，只要最終組裝完成的給排水系統能正常工作與實驗即可。

1.4 可操作性

由于本實驗系統設計與實施要由學生多次重復完成，所以在實驗系統組成的零部件設計以及材料選擇上都要符合耐久性、通用性和易于拆卸的準則。同時，為了確保學生在實驗過程中的安全，系統的設計也要考慮到種種安全措施，如所有尖角都需打磨成圓角、插座需遠離水源等。

2 典型拆裝實驗系統的設計與實現

2.1 實驗系統的總體構成

本系統設計是以流體輸配管網以及給排水工程所涉及的實際裝置為參考依據。實驗系統的總體構成示意圖如圖1所示，組裝好的一種典型實驗系統照片如圖2所示。其主要包括以下部件：熱源（熱水器）、高位水箱、循環泵、排放水箱、閥門、水龍頭、廚盆、支架、連接管道（包括金屬軟管、膠管、PVC管、塑料管）及電源插座等。

圖1 實驗系統的總體構成示意圖

圖2 典型實驗系統照片

2.2 實驗系統關鍵部件設計與選擇

（1）支架。為一體式結構，為整個系統的支撐與固定，在支架的設計過程中，須要滿足功能性需求同時兼顧力學強度和穩定性要求，最終由40×40角鐵焊接搭建而成。

（2）熱水器。選擇普遍應用的家庭用電熱水器，既能體現熱源作用，又能滿足熱水供應，同時更加貼近真實生活中的實際應用系統。

（3）高位水箱。為了盡可能滿足系統需求水量，其設計容量為60 L（帶有液位計），設有排水、給水和溢流管接頭，為了防銹選用不銹鋼304材料。

（4）循環水泵。它可以用于系統的水循環或者增加給水壓力等，可以根據實驗設計需要連接于系統的不同位置。

（5）排放水箱。由于排放水箱位于支架的底部，根據支架的設計尺寸選擇亞克力浴缸更為合適，既貼近應用實際又方便維護。

（6）廚盆。作為排水末端設備，選擇整套不銹鋼廚盆，配有可拆卸落水配件及塑料軟管，容易實現排水“水封”實驗，方便實驗臺維護。

（7）閥門和水龍頭。作為系統的調節與安全拆裝配件，選擇便于拆裝的角閥。為了模擬給水用水端部設備，配置與廚盆相配的廚房水龍頭和與熱水器相配的花灑噴頭。

（8）連接管道及變換接頭。由實驗室水龍頭給上位水箱供水可通過硅膠管連接實現；排水立管提供PVC硬管；給水與排水管道均可由金屬軟管實現連接；另外配備多個銅制彎頭、三通等變化連接件，以備管路連接變化所用。

2.3 實驗原理、方法與實施

2.3.1 實驗原理

包括給水和排水實驗原理：要實現給終端設備供水，管道內的水必須在壓力作用下克服流動阻力，而壓力來源通常為重力壓頭、水泵產生的壓頭或其他介質傳遞的壓頭（壓氣罐）。本實驗熱水器給水可以采用重力水箱和水箱結合循環增壓泵兩種方式，廚盆水龍頭給水是靠水箱重力實現。實驗中涉及排水均為重力作用，即實現排污水從高處流向低處。水箱溢水排出和廚盆廢水排出均經過同一個立管排到排放水箱中，而其排水由塑料軟管接入室內地漏。此外，廚盆排水能夠體現水封作用。

2.3.2 實驗方法

實驗以學生為主導，教師輔助指導，依據實驗條件和要求，精心設計，互助合作完成實驗系統搭建與測試，最終完成實驗總結與分析報告。實驗分五個過程：實驗系統與實驗方案設計預約與熟悉實驗環境及器材完善設計系統與方案具體裝配與調試及實驗總結。

2.3.3 實施步驟

第一步，根據實驗主題和具體要求以及所能提供的配件與工具，預先設計實驗系統及實驗方案。第二步，預約熟悉實驗時間，在教師指導下，按時到實驗室熟悉實驗準備情況，包括準備好實驗安裝用配件和工具。第三步，根據實驗熟悉情況修繕原設計方案，并做好實驗小組具體人員分工合作準備。第四步，按自己所設計方案，到實驗室正式搭建實驗系統。第五步，指導教師檢查系統是否符合實驗測試及安全性要求。第六步，按預先設計實驗方案進行具體測試，并記錄實驗數據等。第七步，拆卸已搭建系統，使部件和工具及實驗環境恢復原狀。第八步，課后撰寫實驗總結與分析報告并上交指導教師。

3 結束語

在師生共同努力下開發出的生活給排水可拆裝綜合實驗系統，可以形象模擬家庭給排水系統，既使參與學生得到多方面能力培養與鍛煉，同時又為后續學生學習流體輸配管網創建了自主實驗條件，并提出一整套實驗實施方法。本課程實驗教學嘗試以學生興趣和學識應用為主導，將理論與實踐緊密結合，切實實現培養和鍛煉大學生的創新思維能力、設計與動手能力。實踐證明，本實驗教學模式深受學生歡迎，并取得了良好的應用效果。

參考文獻

[1] 王子云.流體輸配管網教學方式探討[J].制冷與空調， 2010，24（2）：71-73.

[2] 李風雷.建設流體輸配管網教學體系的探索[J].太原理工大學學報：社會科學版，2005，23（S）：168-169.

[3] 全貞花，王偉，肖婧.流體輸配管網課程教學研究[J].高等建筑教育，2009，18（3）：94-96.

[4] 肖益民，付祥釗.用MATLAB分析流體輸配管網的初步研究[J]. 重慶大學學報：自然科學版，2002，25（8）：14-17.

[5] 高等學校土建學科教學指導委員會建筑環境與設備工程專業指導委員會.全國高等學校土建類專業本科教育培養目標扣培養方案及主干課程教學基本要求—建筑環境與設備工程專業[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

第4篇：流體力學在消防中的應用范文

[關鍵詞]升溫曲線 鋼構件

中圖分類號：TU391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）03-0153-02

鋼結構憑借其自重輕、整體性能好、變形能力強等優勢在倉庫、廠房、大空間以及超高層建筑中得到廣泛的應用。但鋼的耐火性能差，因而設計者要特別注意鋼結構在火災中的升溫問題。鋼結構在不同的升溫計算方式下得到的結果不一樣，本文主要討論了幾種不同的空氣升溫計算方法，分別計算不同升溫曲線下空氣的升溫以及鋼構件的升溫過程，并將結果進行對比，得到各計算方式的適用性。

一、火場溫度計算方法

（一）標準升溫曲線

（三）區域模型

區域模型是將著火房間劃分為幾個區，目前采用最多的是雙區域模型，假定兩個部分之間的分界線高度在各處均是一致的，上部為熱氣層區，下部為冷氣層區。通過數值模擬的方法來得到火災時每個時間點建筑內的溫度以及煙氣分布情況。該模型既具有一定的準確性有具有良好的經濟性，受到廣泛的應用，但其未考慮豎向煙氣層的溫度梯度分布。

目前采用的模型有：美國NIST開發的用于計算門窗關閉的單個房間內熱煙氣層溫度和高度的模型ASET；哈佛大學Emmons和Mitler等開發的單室區域模型HARVARD-V，美國NIST在此基礎上開發了FIRST模型，它可以計算在用戶設定的引燃條件或設定的火源條件下，單個房間內火災的發展情況；人們普遍關注較高的是CFAST模型，它是由早期的FAST模型發展而來，并融合了NIST開發的另一個火災模型CCFM中先進的數值計算方法，從而將CFAST模型和火災探測模型DERECT、人員承受極限模型TENEB及人員疏散模型EXIT組合起來，形成功能更健全的HAZARD1模型。

（四）場模型

場模型又稱計算流體力學模型（CFD），將空間劃分為一系列的網格，從各種能量守恒方程出發，通過數值方法求解得出火場各時刻各個空間點的溫度分布。場模型能計算出更小空間單位或著火空間內某一點的火災特性參數，故其分析結果更為準確。但場模型的計算數學方程十分馱櫻計算量大，需要使用具有良好的性能和機能的大型計算機。

JASMINE模型是由英國火災研究站（Fire Research Station，FRS）在計算流體動力學模型PHOENICS的基礎上開發出來的，專門用于火災過程場模擬計算的模型。FDS（Fire Dynamics Simulator）是美國NIST開發的采用數值方法求解一組描述熱驅動的低速流動的Navier-Stokes方程，重點計算火災中的煙氣流動和熱傳遞過程。其他還有BFSM模型、COMPF2模型、DETACT-QS模型、ASCOS模型、FASBUS模型等等。上文提到的大空間火災經驗升溫公式就是基于場模型模擬而得到的經驗公式。

二、鋼構件升溫計算公式

三、對比計算

分別采用三種標準升溫曲線和大空間的升溫經驗計算公式計算火場空氣升溫、有保護鋼構件升溫和無保護鋼構件升溫。其中，使用大空間經驗計算公式時分別取火源功率為1MW和20MW，計算火源中心正上方的溫度。計算結果可知當鋼構件沒有防火保護時，其升溫稍滯后于空氣升溫，但最終將與空氣溫度趨于一致；當鋼結構有防火保護時，將逐漸緩慢升溫。

表1列出了5種火場溫度計算方法下不同時間時有保護鋼構件與空氣的溫度，鋼構件截面形狀系數，其中溫度折減值是在導熱系數為0.1，25mm保護層厚度下鋼構件、空氣的溫差與空氣溫度的比值，即。

從表1中我們能得到，在火災發生后15min時，除了火源功率較小的1MW大空間火災外，在其他火場升溫計算條件下保護層對鋼構件的保護能力基本一致，大約在91%左右。隨著火災時間的推移，熱量逐漸向鋼構件及其保護層傳遞，保護層的保護抵抗能力下降，鋼構件溫度升高，在ISO834、ASTM-E119、20MW大空間升溫條件下的保護層保護能力相近，約為53%。而對于由烴類火災升溫曲線計算得到的較高火場溫度下的保護層的保護能力略低，為48%；當采用火源功率較小的1MW大空間火場升溫公式計算時，火場溫度較低，保護層的保護能力也略低，為46%。由此我們可以得出，在不同的火災升溫曲線下，通過計算得到所需的鋼構件的保護層厚度是不一樣的。特別是大空間火災的鋼構件升溫，由于火場溫度計算受多種因素影響，進而影響鋼構件的溫度值，大空間火災在不同情況下鋼構件的升溫與標準升溫曲線計算得到的值差別較大，故在使用升溫曲線計算火場溫度時，應根據實際情況選取對應的升溫曲線，再根據式（2.1）～（2.5）來確定鋼構件的溫度。

四、結論

通過計算分析可知，不同的火災升溫曲線計算得到的火場溫度不同，進而影響鋼構件的溫度，最終會影響鋼構件的保護層厚度。選取正確的火場升溫曲線對于準確確定鋼構件的保護層厚度，確保建筑的耐火性能，節約材料成本等具有重要意義。本文介紹的幾種火場溫度計算方法各有利弊，使用時應根據具體情況選取最優的計算方法來確定火場溫度：

（1）標準升溫曲線適用于易于發生轟然的室內火災，計算簡單，對火場溫度值沒有精確要求時可以使用。其中ISO834、ASTM-E119適用于一般室內火災，烴類火災標準升溫曲線適用于由烴類可燃物引發的室內火災；

（2）大空間經驗升溫公式適用于占地面積較大或凈空高度較高的大空間火災；

（3）當需要通過確定室內空間各點的溫度分布來確定鋼構件的溫度時，可以采用區域模型或者場模型軟件模擬計算。

參考文獻

[1] 李國強，杜詠.實用大空間建筑火災空氣升溫經驗公式[J].消防科學與技術，2005，24（3）：283-287.

[2] 建筑鋼結構防火技術規范（CECS 200：2006）[S].北京：中國工程建設標準化協會標準，2006.

第5篇：流體力學在消防中的應用范文

【關鍵詞】雜質顆粒；水滑動軸承；承載能力

在自然環境日趨遭受嚴重污染的現狀下， 由于水技術具有無污染、摩擦因數低、經濟節約等特殊優點， 世界各國對水技術進行了大量的應用研究與產品開發。最近十年來隨著新型材料的發展和加工技術的進步， 克服了在早期水軸承中存在的諸如易腐蝕、易磨損、泄漏大、效率低等缺點， 水軸承開始廣泛地進入食品、造紙、紡織、醫療、消防、冶金、采礦、原子能動力廠、海洋開發等工業應用領域。

滑動軸承在工作工程中常會出現一些微小雜質顆粒混入介質而形成液固兩相流， 這一現象在實際應用中往往是不可避免。這種液固兩相流對水滑動軸承承載能力這一重要設計指標會產生一定的影響， 因此， 對這一領域進行研究是十分必要的。本文作者根據多相流數值計算理論， 分析雜質的含量以及顆粒直徑對水滑動軸承壓力場分布以及承載能力的影響。

1.介質中雜質的來源

1.1 系統中存在的潛伏雜質

機械零件在鑄造、機加工、清洗、裝配、包裝運輸過程中都會殘留微量的型砂、切屑、毛刺、淬火

鹽、灰塵、銹斑等， 一些大型的系統元件， 如水箱等均含有此類雜質； 在系統的組裝過程中也會產生一些雜質， 如磨屑、鐵銹、焊渣等， 甚至在管接頭擰緊的過程中也會產生一些顆粒污染物。在機械系統尚末運行之前， 這些雜質就已經潛伏在系統中。

1.2 從系統外部侵入的雜質

在機器的使用管理與維修、更換元件時， 雜質也會侵入系統。有些機械工作條件惡劣， 巖塵以及沙粒都會通過注水口、透氣口、軸端密封等處進入系統。此類雜質的主要種類為巖塵、沙粒、泥漿等。

1.3 由系統內部生成的雜質

主要是由于滑動軸承在工作過程中發生摩擦磨損及表面疲勞和劃傷， 滑動軸承表面公差配合不當， 元件內部的機械干擾、腐蝕、氣蝕， 液體在高壓高速下的沖蝕作用等原因造成的各種固體顆粒物。此類雜質的主要種類為滑動軸承材料顆粒， 如： 金屬顆粒、橡膠顆粒、塑料顆粒等。

2.多相流流體理論

由于有固體顆粒混入了作為介質的水中， 因此水由單相流體變為多相流體， 單純的流體就變為了復雜的液-固兩相流體， 固體顆粒的存在會在一定程度上影響水的物化特性以及性能， 使其表現出一些與純水所不同的性質。多相流是一種復雜的物理現象， 隨著計算流體力學理論研究的深入和計算能力的提高為深入了解多相流動提供了基礎，對多相流進行數值模擬已經迅速發展成為了一種極其重要和有效的研究手段。目前應用最多的多相流數值計算方法有歐拉-歐拉方法和歐拉-拉格朗日方法。

2.1 歐拉-歐拉方法

歐拉法著眼于空間的點， 基本思想是考察空間每一個點上的物理量及其變化。在歐拉法中， 不同相被處理成互相貫穿的連續介質。各相的體積比率是時間和空間的連續函數， 其體積分比率之和等于1。從各相的守恒方程可以推導出一組方程， 這些方程對于所有的相都具有類似的形式。從實驗得到的數據可以建立一些特定的關系， 從而能使上述方程封閉。對于小顆粒流則可以通過應用分子運動論的理論使方程封閉。

2.2 歐拉-拉格朗日方法

拉格朗日法著眼于流體的質點， 基本思想是跟蹤每個流體質點在流動過程中的運動全過程， 記錄每個質點在每一時刻、每一位置的各個物理量及其變化。主體相是利用歐拉法計算， 而離散顆粒則是利用拉格朗日法進行粒子跟蹤， 這就是所謂的歐拉-拉格朗日模型。將主體相作為連續相， 直接求解時均 Nav ier -Stokes方程； 將稀疏相視為離散顆粒， 通過計算流場中大量的粒子、氣泡或是液滴的運動得到的。此模型雖然計算量龐大， 但是相對歐拉模型來講， 精確度要更高一些。離散相模型能更準確地模擬氣-固兩相流動和一些粒子負載流以及用于跟蹤固體顆粒、氣泡、液滴在連續相中運動軌跡。該模型的一個基本假設是， 作為離散的第二相的體積比率應很低， 一般需要離散相含量不超過 15%。由于雜質在介質中含量一般不會超過 10%，故選用歐拉-拉格朗日方法來計算。并且考慮到作者所研究的固液密度有較大差異， 且兩相間無質量交換， 因此對于連續相的計算選擇改進的 k - ε分散湍流模型。

在湍流多相流動中， 動量交換項包含了固相瞬態分布和湍流流體運動之間的關系， 能夠考慮到由湍流流體運動輸送的固相分布。在歐拉-拉格朗日模型中描述離散相 （雜質顆粒） 的運動軌跡是靠作用在顆粒上的力的方程所得到的。單個顆粒在流場中運動時所受的力有曳力、壓力梯度力、附加質量力、Basset力、Saf fman升力和M agnus力、重力等。但在作者所研究的液固兩相流動中， 由于顆粒粒徑較小、含量較低， 顆粒所受的流體曳力是最主要的， 其他力在量級上與之相比非常小， 因此將其忽略不計。

3 .分析

3.1 雜質含量對性能的影響

在一定范圍內， 隨著雜質含量的增加， 水膜的壓力值增大， 尤其是靠近楔形滑塊水膜入口處的壓力值明顯增加， 壓力梯度變小。但總體的壓力分布規律基本不受雜質含量變化的影響。水滑動軸承的承載能力隨滑塊速度的增大而增加； 隨水中雜質含量的增大， 滑動軸承的承載能力隨滑塊速度加大的增幅愈加明顯： 當速度為 5 m / s時， 水中雜質質量分數為 10%的滑動軸承的承載能力基本與水中無雜質的滑動軸承承載能力相近； 而當速度為 50 m / s時， 水中雜質質量分數為10%的滑動軸承承載力則達到水中無雜質時滑動軸承承載能力的 2倍左右。可見介質中雜質含量的增加在一定程度上可以比較明顯地提高滑動軸承的承載能力。這一數值模擬計算結果與以往學者的多相流理論研究結果是相符的， 一些學者的實驗也表明在水中添加一定含量的固體介質可以提高水滑動軸承的承載能力。雖然水中雜質含量的增加可以提高軸承的承載能力， 可是在一般工況條件下， 水中雜質并非為提高滑動軸承承載能力而專門添加的顆粒， 大多是混入水中的巖塵顆粒以及沙石顆粒， 其顆粒形狀大小不一并且有的顆粒有尖角。根據相關的實驗證明： 隨著水中雜質含量的增加， 滑動軸承的磨損量會大幅增加， 從而將較大程度地降低滑動軸承的使用壽命， 而這也正是在實際工作中應該盡量避免發生的現象。

3.2 雜質粒徑對性能的影響

雜質顆粒直徑的變化對于膜的壓力分布以及滑動軸承承載能力的影響都十分有限，基本上可以忽略不計。

而當水中混入的雜質顆粒直徑大于軸承的最小水膜厚度時， 由于顆粒粒徑大于水膜的厚度， 因此顆粒與滑動軸承的兩個表面均發生直接接觸， 將直接承擔部分滑動軸承載荷。此時的計算已經不能采用簡單的多相流理論， 而要綜合考慮顆粒和滑動軸承表面的彈性變形。雜質顆粒直徑大于最小水膜厚度時， 會加大滑動軸承的磨損， 這種情況也是要盡量避免的。鑒于以上的分析， 可以設定系統過濾網的最大過濾直徑不能超過膜最小厚度。

4.結論

4.1隨著水中雜質含量的增加， 水滑動軸承的水膜壓力增大， 但水膜壓力的分布規律基本不受雜質含量變化的影響。

4.2隨著水中雜質顆粒含量的增加， 水滑動軸承的承載能力也相應增加； 隨滑塊速度的增加，

第6篇：流體力學在消防中的應用范文

一、理論力學教學現狀

理論力學是研究物體機械運動規律及其應用的科學，也稱為經典力學。理論力學通常分為兩大部分：牛頓力學和分析力學。其中，牛頓力學是以牛頓運動定律為基礎，從分析物體受力情況入手，探討物體的機械運動規律；分析力學是以達朗伯原理為基礎，分析物體的能量情況，由此探討物體機械運動規律。大部分工科專業都會接觸較多的機械運動問題，所以理論力學是工科院校的技術基礎課。又因為理論力學研究的是最普遍最基本的規律，所以也是一系列后續課程的理論基礎，很多課程如“材料力學”“結構力學”“彈性力學”“流體力學”“振動理論”“斷裂力學”都以理論力學的內容為基礎。可見，理論力學是大學工科專業學生的必修課，在課程建設中占有重要地位。目前大多數理論力學教學采取傳統的教學模式。開學初，教師會根據教學大綱制定教學計劃，然后按照教學計劃中的教學進度給學生上課。上課的時間是固定的，這使得教師很難根據實際情況進行自主和拓展教學。而且在高校倡導縮減課時的大背景下，理論力學課時有限，對力學基礎要求高的專業如土木工程、機械工程等設置為72學時，而對于力學基礎要求不高的專業如消防和安全專業為64學時，這還包括4~6學時的實驗。在這樣的條件下，教師在課堂上會用大部分時間講解基本概念、基本原理以及公式推導，很難有時間進行課堂測試和練習。教師為了完成課時進度，會忽略學生對課程學習和掌握的效果。

二、探究式教學方法理論背景和實施

探究性教學方法開展由問題開始，采用探索性學習方式，發揮了學生的自主性，具有合作交流的特征；探索性教學要遵循適度、引發興趣以及可操作原則；探索性教學通過教師創設情境、提出問題，學生分析問題、提出猜想、驗證猜想、分析總結等環節來實施。由此可見，探究性學習是一種積極的學習過程。翻轉課堂是近年來教育界關注的熱點，翻轉課堂教學過程中，教師提前制作學習任務的微視頻，讓學生在課前學習微視頻課程，課內師生通過交流方式完成解惑和知識內化的過程。這種模式激發了學生的自主學習能力，有效改善了灌輸式教育的弊端。翻轉課堂教學模式中，微視頻設計和制作是一項重要環節。微視頻要求短小精悍，長度在3~30分鐘為宜，方便學生利用移動終端如手機、平板電腦在碎片式的時間進行學習。教學微視頻的內容必須是完整的，集中解決一個知識點，層次結構清晰，循序漸進。微視頻要生動形象，圖文并茂便于理解和記憶，長短適中，抓住學習者的注意力。可以借鑒網絡科普微視頻制作的優點，如畫面簡潔而靈動、知識點集中，但又要兼顧教學視頻的嚴謹和避免過多的娛樂性。

三、理論力學適合探究式教學方法的設計流程

理論力學不同于數學課，研究實際問題，關注物理意義；又不同于物理課，研究既定性又定量，會有大量數學推導。探究式教學內容的設計可以是與生活息息相關的結構構件問題，這容易激發學生的學習興趣。理論力學這門課程內容多而抽象，為了在較短的學時內讓學生完成教學大綱所規定的內容，并充分利用課下時間進行知識點和題目的強化，所以借鑒探究式學習方法的新理念，采用翻轉課堂教學新模式，借助微視頻新媒體手段，具體的教學設計流程如圖1所示。理論力學探究式教學流程中，課前教師圍繞課程重點和難點，選擇一個完整的知識點，結合例題，按照前述微視頻制作的注意事項準備能吸引學生注意力的教學微視頻。微視頻并下達課前任務書，同時將學生分成若干學習小組，小組成員完成微視頻的學習并查閱相關資料，通過QQ、微信等聊天工具進行交流，共同完成任務書中的學習任務。在這一過程中，小組組長負責監督，教師根據學習任務完成情況給予考核評分。課堂上主要由教師和學生互動完成教學任務，首先教師會針對微視頻中所涉及的知識點進行提問，了解學生掌握情況。再在課堂上播放微視頻，并針對重點難點進行強調和提醒，然后與知識點相關的舉一反三題目進行隨堂測試，教師走下講臺做巡回指導。在這一過程中，教師發現問題并進一步強調和講解。在這一輪中似乎并沒有節約課堂時間，但實際上由于學生主動參與，對問題反復認識和消化，使得課堂講授變得容易和順暢，會節約課堂講授時間。課后，學生要完成作業，并把問題反饋給教師，教師對學習效果做進一步評價，學生如果還存在疑問，可以進行單獨答疑，如果發現整體學習效果不好，還要返回課堂重新幫助學生解惑。

四、理論力學探究式教學方法案例

現結合一個教學案例來說明理論力學探究式教學方法的實施。點的合成運動中速度合成定理這部分內容是教學難點。本案例中假設已經講過了點的合成運動中相關概念和定理，討論過簡單的例題。為了表述一個完整的知識點，在微視頻中首先把速度合成定理相關概念和定理交代清楚，如動點動系選取，絕對運動、相對運動、牽連運動、絕對速度、相對速度、牽連速度概念、速度合成定理。注意微視頻制作過程中充分利用生活實例使概念和公理通俗易懂。微視頻中的單元包括：①引入單旋翼式直升機例子如圖2（P73），分析螺旋槳上M點運動：在地面上看M點作螺旋線運動，在飛機上看M點作圓周運動，機身相對地面直線平移。②要弄清“一點二系三運動”，“一點”即動點，此例中選M點；二系所指固結于地面上的靜坐標系“Oxy”，固結于相對于地面運動物體上的動坐標系O’x’y’，如機艙。三運動包括絕對運動，即動點相對于靜系的運動，如：P點相對于地面的運動；相對運動，即動點相對于動系的運動，如：P點相對機機身的運動；牽連運動，即動系相對于靜系的運動，如：飛機相對于地面的運動。③將實例上升為理論模型。微視頻中通過動畫顯示理論模型并配以解說來說明模型中各個量的物理量含義。用解析法推導和說明三大速度，并推導點的速度合成定理。④然后通過一道例題來生動的說明動點動系如何選取以及速度合成定理的應用。例題可選如圖3所示機構的經典題目分析，但是要注意深入淺出的講解，讓學生容易理解。采取探究式的教學模式，由于微視頻的制作中所挑選的例題具有一定的代表性，能很好地反映知識點難度，并且微視頻是一個完整的知識點，學生可以通過自學來完成學習任務，在這一過程中學生會充分發揮學習的積極性，提高對知識的掌握度，并大量的節省課堂時間，改善學習效果。

作者:李英杰 左建平 張 芳 劉德軍 單位:中國礦業大學

參考文獻：

[1]工程力學———運動學和動力學[M].高等教育出版社,2009.

[2]左建平,左明.談大學工程力學課程的教學思想[J].高教論壇,2010,(4):18-21.

[3]王小莉,孔春玉.“材料力學”課程講座式教學方法探究[J].廣東技術師范學院學報(自然科學),2016,(5):100-103.

[4]李明川,馮其紅.滲流力學教學中探究式課堂教學方法實例[J].職業教育研究,2013,(1):102-103.

第7篇：流體力學在消防中的應用范文

關鍵詞：給排水工程；OBE；培養模式；工程素質

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）34-0157-02

給排水工程是工科學科中的一種，旨在培養適應市政、環保、建筑等行業給排水工程技術生產、建設、服務和管理第一線需要的，掌握從事給排水工程設計、施工、水處理設施運營管理、水環境及水污染監測分析等職業崗位實際工作的基本能力和基本技能，具有必備的基礎理論知識和專業知識的高素質技能型專門人才[1]。2015年4月16日國務院印發《水污染防治行動計劃》（俗稱“水十條”）[2]，對水污染防治提出了階段性治理目標。同時，大量新型建筑體系出現，對給排水設計提出了更多更高的要求。本文借鑒OBE工程教育理念，研究本專業改革與創新，更好的培養能適應新形勢、具備一定職業素養、職業技能，能夠迅速適應現場工作的給排水專業高級工程技術型人才。

一、OBE工程教育模式概述

成果導向的教育模式（Outcomes-based Education，縮寫為OBE）最早出現于美國和澳大利亞的基礎教育改革，后應用于工程教育領域，是以預期學習產出為中心來組織、實施和評價教育的結構模式，由學習成果驅動整個課程活動和學生學習產出評價[3]。成果導向教育理念與傳統教育理念的最大區別，是要求教育者對學生的學習成果和能力水平先進行準確定位，然后通過各種合適的教育手段和結構來保證學生達到預期目標。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》（2010-2020年）提出了“重點擴大應用型復合型人才培養規模”的部署和要求；2013年6月，我國被接納為工程教育本科專業認證的國際互認協議《華盛頓協議》簽約成員。這都說明，在工程教育領域引入成果導向教育理念具有非常重要的現實意義。

二、OBE理念下的給排水工程教學改革

1.成果導向的給排水專業學習成果確定。給排水專業主要分為市政給排水與建筑給排水兩個大方向，包括給水處理廠、給水排水管網系統、建筑給水排水工程和污水處理廠的設計、施工等各個方面。在成果導向教育理念下，教育者需要完成的核心目標就是讓學生取得該專業所要求的能力和水平。中國工程教育認證通用標準中，對畢業生提出了十條要求，結合給排水專業性質，可將要求總結如下：掌握流體力學、工程制圖、水處理微生物、水泵與水泵站、工程力學、工程測量學等基礎工程學科的基本理論；掌握給水工程、給水排水管網工程、建筑給水排水工程、排水工程的基本原理和設計方法；掌握市政工程招投標的基本知識和技術方法；了解水科學與技術的前沿理論和發展動態；具備環境影響評價、水環境監測和分析、環境規劃管理的初步能力。

2.成果導向的給排水專業課程體系構建。學習成果代表了一種能力結構，這種能力主要通過課程體系構建來實現。因此，課程體系構建對達成學習成果尤為重要。能力結構與課程體系結構應有一種清晰的映射關系，能力結構中的每一種能力要有明確的課程來支撐，換句話說，課程體系的每門課程要對實現能力結構有確定的貢獻。按照給排水職業能力培養為教學目標，對課程結構進行構建，將崗位職業技能要求與課程授課內容進行融合，如下頁表1所示。

3.成果導向的給排水專業教學策略制定。課堂教學是使學生能夠達到畢業要求、達成培養目標的基礎。在傳統的教育模式中，教育者往往以教材為主線傳授學生知識，但是隨著給排水行業的快速發展，行業規范在不斷的修訂完善，如建筑消防部分，2015年就同時廢止了《建筑防火設計規范》（GB50016-2006）和《高層民用建筑防火設計規范》（GB50045-95），啟用新的《建筑防火設計規范》（GB50016-2014）和《消防給水及消火栓系統技術規范》（GB50974-2014），新規范對建筑防火要求進行了多出修訂，但大多數教材并沒有及時更新，導致學生的學習內容滯后于市場的需求，不能盡快適應工作崗位的需要。因此教師在教學過程中應該不拘泥于教材，而應該通過各種新型教學手段，如動畫視頻演示、大量引入實際工程案例等方法，從實際應用的角度著重培養學生分析解決實際工程問題的能力。例如，在《建筑給水排水工程》這一門課程中，可以采用動畫視頻的方式讓學生直觀了解彎頭、三通、四通、分水器等管件的連接方式，可以結合實際工程圖紙講解建筑給排水各系統的設計理論在實際工程中的應用。

4.成果導向的給排水專業實踐環節安排。給排水專業的實踐環節包括課程設計、認識實習、生產實習、畢業實習和畢業設計。目前的教育模式中，課程設計質量尚能達到預期目標，但是課外實習環節，由于經費問題、水廠安全問題、實習周期問題等，往往達不到預期目標。因此建議采用集中和分散相結合的方式，認識實習和生產實習教師統一聯系安排實習地點，畢業實習則有學生自主聯系實習單位，并盡量將實習內容與自己的畢業設計（論文）選題相結合，以利于學生更快的融入工程實踐。

此外，還可以通過開展科研訓練的辦法培養學生自主查閱資料、了解行業前沿動態的能力，同時提高科研、創新和動手能力。專業教師還應該鼓勵學生積極申請國家級、省級大學生創新創業項目以及校級本科生科研訓練計劃項目；學生也可以直接參與專業教師的在研課題。武漢輕工大學給排水專業本科生近年來多名本科學生參與教師立項課題，內容涉及垃圾填埋場滲濾液性質分析及無害化處理、污泥減量及穩定處理等。學生通過參與整體項目構思、設計、實施、運行的全過程，不僅拓寬了給排水工程領域的科學知識，而且有助于培養自身的工程設計能力和團隊協作能力。

5.成果導向的給排水專業學習成果評估。成果導向教育理念不過分關注教師的教學內容和教學方式，而是將焦點放在評價學生學習成果上。因此，對學習成果的評估不宜采用期末考試卷面成績一刀切的方式，而應該采用多元和梯次的評價標準。針對某一門課程，在不同時間對已經完成的學習成果，分別進行自我評價和教師評價，并和設定的學習成果進行對比，找出不足。

三、結論

采用OBE成果導向教育理念培養給排水專業人才，是實現由“內容為本”向“學生為本”的根本轉變，教學目標先于教學內容而存在。在OBE模式中，學生可以清晰地預見學習成果，即需要掌握哪些方面基本知識點和技能。OBE不限定教師采取什么樣的教育方法和教育內容，這為教師充分地展現教育藝術來實現既定目標提供了廣闊空間。學校可以開展階段性的學習產出評估，及時檢查與預期目標之間的差距，并根據評估結果即使調整教學結構和資源配置，提高教學效果。

參考文獻：

[1]中國教育部.普通高等學校本科專業目錄[Z].2015.

第8篇：流體力學在消防中的應用范文

關鍵詞：暖通空調，節能減排設計

中圖分類號： TE08文獻標識碼： A

前言

近年來的社會發展中，伴隨著我國國民經濟的飛速發展，能源問題和環境問題之間的矛盾日益尖銳，成為影響城市化發展和人們生活水平的主要因素。截至目前，在城市化發展之中，由于建筑能耗造成的能源耗費現象越來越嚴重，已成為整個社會發展中能源浪費的核心結構。領因此，在目前的建筑工程項目中，節能減排為主的新型空調系統逐漸受到人們的重視，也成為建筑工程中備受關注的環節。

1．暖通空調系統組成和主要特點

1.1 暖通空調系統組成

暖通空調主要指的是集采暖、通風、空氣調節裝置和相關系統為一體的綜合性空調設備。這種設備在應用的過程中其涉及范圍非常廣泛，其包含有物理學、流體力學、機械學、熱力學等多個不同的工作領域，因此來說對其進行設計是一項相當復雜的工作，也是多個不同的工作體系和環節。

1.2 特點

在暖通空調系統的應用中，其最大的特點在于能夠創造出一個舒適、宜人、優雅的室內環境，而一般的空調系統在應用的過程中最多只是解決室內環境的冷暖問題，而很少進行空氣處理。

2.現階段暖通空調工程中存在問題

在現階段的規范要求的基礎上，暖通空調工程要滿足社會人們的生活、生產需求。與我國氣候條件較為相似的發達國家相比較，我國每平方米建筑物的采暖的能源消耗量達到發達國家的 2~3 倍，還不能達到這些發達國家所提供的建筑環境舒適度。 分析這里面的原因，主要包括下面兩點：其一是暖通設計人員沒有嚴格執行基本原則，沒有按照因地制宜的原則有效地作出合理的設計；其二是與暖通空調相匹配的供熱排風系統設計不合理。

建筑暖通空調系統在施工中也存在較多現實問題。施工是實現暖通空調工程功能的重要環節。 現階段由于管理制度不完善，相關從業人員沒有優秀的職業素養。 導致在暖通空調工程施工過程中，施工企業為了追求更多的利潤而在材料上以次充好，盲目追趕工期，造成工程存在較多的質量隱患。

除了設計和施工階段導致的暖通空調系統能耗過大外，運行管理階段也是影響其能耗的一大環節。管理人員需要結合建筑物的采暖空調負荷的狀態、相關設備的使用狀況以及室內外環節的變化進行實時的調整。 施工企業還需要重視暖通空調系統的使用中的維護工作，需要確保殘余暖通工程維護的工作人員具備一定的理論基礎和實踐經驗，懂得根據建筑物室內外溫度變化情況來調節暖通空調系統的運行狀況，盡量降低暖通空調系統的能源消耗量。

3.暖通空調工程的節能減排設計

3.1 設計的基本目標

建筑物的暖通空調系統的節能減排的設計， 需要在系統穩定、可靠的基礎上，控制暖通空調系統的投資成本、運行成本達到節能減排的目的。因此，暖通空調工程設計人員需要緊密聯系工程實際，結合有關的節能減排設計經驗，采取必要的優化措施，發揮不同給排水、空調系統的節能措施，達到節能減排的最終目的。

3.2 設計的基本原則

暖通空調系統的設計企業要嚴格要求有關設計人員在進行建筑暖通空調工程項目設計過程中，對建筑物的冷熱負荷進行詳細的計算并提出相應的節能措施。 確定暖通空調系統的設計方案時，設計人員要與建設方進行深入溝通，并充分了解工程現場情況，根據建筑物的負荷情況和建筑功能要求、 當地的能源特點和氣候特征綜合考慮，合理地進行管道設備的布置，保證暖通空調工程施工過程中，與結構土建、建筑裝飾、水電、消防等專業人員進行配合與協調，保證暖通空調工程的節能減排目標得以實現。

3.3 節能減排優化設計的基本策略

3.3.1 空調風系統的優化設計

建筑物的空調系統在運行時會釋放大量的熱量，有效地轉移這些熱量， 從而保證建筑物空調系統正常溫度地運行時一個重要的過程。隨著城市建筑物的高度和建筑面積日益增大，建筑物產生的余熱也日益增加。因此在建筑物中使用水地源熱泵空調系統可以解決建筑物空調散熱的問題， 并且該系統的運行成本相比較傳統空調會大幅度降低。 空調系統末端宜采用新風換氣機組的形式，通過新風進入室內之前與回風有效熱量交換的方式，達到降低耗電的目的。

3.3.2 空調水系統

空調睡系統中的開式系統在設備運行時的水泵揚程容易消耗較大的能量，設計時采用閉式的水循環系統可以降低能耗。 這是因為開式水循環系統中的冷、熱水使用同一個管路形成回路，因此冷熱交替過程中消耗較多的能量。空調的回路布置與空調運行成本具有較大的關系，如果空調水系統較為龐大，其較大回路阻力導致不同回路間負荷差距較大，造成較多能耗的產生，因此應使用變頻泵系統。 此外，還可以在空調冷熱源側根據實際情況設有不同負荷級別的水泵進行水循環，可以進一步降低能耗。 另外，大型建筑的空調管路較長，所以冷熱量損失也將必然增加。設計施工過程中空調管路的保溫必須嚴格按照國家相關標準執行，以避免不必要的損失。

3.3.3 空調冷熱源

空氣調節系統的冷熱源宜采用集中設置的冷(熱)水機組或換熱設備。 當前各種機組、設備品種繁多，電制冷機組、溴化鋰吸收式制冷機組、冰蓄冷空調機組及水地源熱泵空調機組等各具特色，由于機組或設備的選擇受占地面積、使用特征、當地能源種類、投資和運行費用、環保規定等多種因素的影響和制約，設計人員只有在充分做好上述因素的調研后，客觀全面地對冷熱源方案進行綜合論證，才能真正達到節能、使用效果的雙贏目的。

4.暖通空調節能技術的相關應用

4.1 提高建筑物圍護結構的保溫隔熱性能

建筑圍護結構的能耗是建筑物的暖通空調系統在運行過程中的一部分能耗，提高建筑物的保溫性能，可以有效地降低暖通空調系統運行所帶來的損耗。 因此需要結合建筑物的實際情況，對建筑圍護結構的保溫隔熱性能進行改善，可以在一定程度上控制暖通空調系統的能耗。

4.2 冰蓄冷系統應用

我國不同地區的經濟發展狀況存在較大的不平衡性，因此各地區的用電高峰、低谷時段也具有較大的差異性，因此容易產生不同的用電高峰時段出現電力供應緊張，而用電低谷階段又發生能源過剩的現象，容易造成較大能源浪費。 針對這種情況可以應用蓄冷系統將用電高峰時段所產生的電量制作成冰， 從而可以在用電低谷階段進行釋放，緩解建筑暖通空調系統的用電消耗。

4.3 變頻系統的應用

暖通空調系統在運行的過程中， 通常是不會產生全負荷運行的現象，因為系統在運行的過程中，其所處的外部環境也在隨時發生變化，所以其負荷也會隨著環境的變化而產生一定的變化。 同時，空調系統的運行條件是保證穩定的額定功率， 一旦額定功率發生變化，就會產生全負荷輸出的現象，這時就會造成能源的浪費。 如果能夠運用變頻技術將其額定功率的變化控制在科學的范圍內，空調系統本身就不會由于額定功率的改變而形成全負荷運轉的狀態，這樣就達到了節能的目的。 因此，變頻技術在空調系統中的使用時空調節能要求的必然結果，使用變頻技術不僅可以對空調系統中的一些不足進行改善，同時還可以在一定程度上降低耗能，節約空調運行的費用。

結語

暖通空調系統的節能減排設計，需要綜合考慮工程項目的設計、 施工以及后期運行維護過程中的能耗控制，在確保建筑物功能的實現的基礎上，建設能源消耗，從而最終實現建筑能耗的降低的目標，促進我國經濟建設的可持續發展。

參考文獻

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[2]王迎輝，軒信飛，李莉，田澍.中原工學院學報.太陽能在暖通空調中的應用分析

[3]王小潤.暖通空調業節能減排效益不容低估.光明日報，2012-11-27

第9篇：流體力學在消防中的應用范文

關鍵詞：水資源；污水循環利用；城市污水

1 水資源的短缺現狀

天津是我國嚴重缺水城市之一,它的特殊地理位置決定了汛期因水而憂、非汛期又因無水而愁.根據中央對天津的新定位、新要求,在可持續發展治水思路指導下,采取以南水北調和引灤入津水為主、本地水和引黃濟津水及海水、中水、微咸水、雨洪水等非常規水為輔多水源的統一優化配置等對策,不僅可以保證中心城區用水安全,而且還滿足了服務濱海新區開發開放的要求.

2 城市污水如何更好的循環利用

污水的回用關鍵還是取決于適合該地區的特點，有效地進行回收利用.例如日本創造了中水管道系統，在建筑群內設雙管供水系統，利用再生污水沖刷廁所、作冷卻水、澆花園和草地、沖洗馬路和汽車或作景觀、消防用水，獲得了顯著成效。以色列則是一個水資源極度貧乏的國家，因此污水已經成為該國重要的水資源之一。該國將污水回用以法律的形式給予保障，如法律規定在緊靠地中海的濱海地區，若污水沒有充分利用就不允許使用海水淡化水。污水資源給以色列帶來了極大的經濟效益，不僅實現了全國糧食自給，而且還將棉花、花生等出口到了歐洲。

我們可以借鑒其他國家的模式，再根據自身的特點把城市污水排放之后，進入各系統污水處理廠進行處理。根據對于處理后的不同需要，在原有設施的基礎之上，增設不同的處理工藝對污水進行處理。以天津紀莊子污水處理廠為例，設立專門的管理機構對回用水的安全進行評價，嚴格控制回用水的輸出水質，回用水可根據處理程度部分用于農業灌溉，部分用于工業，城市設施（包括景觀用水）以及地下水回灌。天津市位于環渤海經濟圈的中心，是近代工業的發源地，近代北方最我國北方的海運與工業中心。天津市可考慮將污水經有效處理之后，盡量用于工業用水，可以對水資源更加合理有效地利用。除此之外，經凈化之后的回用水也可以應用于市政建設，綠化園林，天津背靠燕山，東臨渤海，地處海河流域下游，流域內密布的河流呈扇形分布，是各主要行洪河道的共同入海尾間，兼具防洪、防潮、防澇的三重任務。再以天津市紀莊子污水處理廠為例，2004年以來，該廠已累計處理污水近19億立方米，大大減輕了天津市污水污染的程度，也為農田灌溉提供了可靠的水資源，改善了渤海灣一帶海域環境質量，取得了良好的社會效益和環境效益。

3 要實現污水的回收再利用，首先要保證對污水的處理程度

最新發明的“SPR高濁度污水凈化系統”（美國發明專利）將污水的“一級處理”和“三級處理”程序合并設計在一個SPR污水凈化器罐體內，在30分鐘流程里快速完成。它容許直接吸入懸浮物（濁度）高達500毫克/升至5000毫克/升的高濁度污水，處理后出水的懸浮物（濁度）低于3毫克/升（度）；它容許直接吸入CODcr為200毫克/升至800毫克/升的高濃度有機污水，處理后出水CODcr可降為40毫克/升以下。只需用相當于常規的一、二級污水處理廠的工程投資和低于常規二級處理的運行費用，就能夠獲得三級處理水平的效果，實現城市污水的再生和回用。 SPR污水處理系統首先采用化學方法使溶解狀態的污染物從真溶除毒物、除病原體等處理單元過程；如果直接作為城市飲用以外的生活用水，例如洗衣、清掃、沖洗廁所、噴灑街道和綠化地帶等用水, 液狀態下析出，形成具有固相界面的膠粒或微小懸浮顆粒；選用高效而又經濟的吸附劑將有機污染物、色度等從污水中分離出來；然后采用微觀物理吸附法將污水中各種膠粒和懸浮顆粒凝聚成大塊密實的絮體；再依靠旋流和過濾水力學等流體力學原理，在自行設計的SPR高濁度污水凈化器內使絮體與水快速分離；清水經過罐體內自我形成的致密的懸浮泥層過濾之后，達到三級處理的水準，出水實現回用；污泥則在濃縮室內高度濃縮，定期靠壓力排出，由于污泥含水率低，且脫水性能良好，可以直接送入機械脫水裝置，經脫水之后的污泥餅亦可以用來制造人行道地磚，免除了二次污染。

根據三級處理出水的具體去向和用途，其處理流程和組成單元有所不同。如果為防止受納水體富營養化，則采用除磷和除氮的處理單元過程；如果為保護下游飲用水源或浴場不受污染，則應采用除磷、除氮、其出水水質要求接近于飲用水標準,則要采用更多的處理單元過程。污水的三級處理廠與相應的輸配水管道結合起來便形成城市的中水道系統。天津還為此專門出臺了關于住宅使用中水的規定，城市規劃面積5萬平方米以上的新建住宅小區，規劃人口在1萬人以上的住宅小區都要使用中水，配有中水管道。目前天津一些小區都使用中水來替換自來水用于景觀用水，以及澆灌綠地。

4 城市污水再生利用存在的問題及對策

問題1:目前尚未建立城市污水再生利用規劃指標體系。在城市建設總體規劃中，雖然進行了城市的供水及排水規劃，但在水資源的綜合利用方面缺乏統一的規劃，尤其是城市污水再生利用規劃，這勢必會造成重復建設和決策失誤。

對策:城市污水再生利用應納入城市總體規劃以及城市水資源合理分配與開發利用計劃，在綜合平衡、科學論證的基礎上，針對城市實際情況進行總體規劃，確定其應有的位置和作用。在再生水水質、使用用途、處理程度、處理流程、輸水方式的選擇上，要綜合平衡、遠近結合，既要滿足功能要求和用水水質需求，又要因地制宜、經濟合理。過高的目標與要求，將可能適得其反。

問題2:城市污水的收集與處理是城市污水再生利用的重要前提條件，目前城市污水管網建設嚴重滯后于城市發展，二級生物處理率不到15%。

對策:強化城市污水管網與污水處理工程設施的建設是推動城市污水再生利用的關鍵。不少地方政府對污水再生利用的認識不夠，在缺水時優先考慮的是調水，而且絕大多數城市污水處理廠的規劃、設計與建設目標是達標排放，往往沒有考慮污水的大規模再生利用。因此，今后城市污水處理廠的建設，既要滿足區域水污染控制要求與相應的排放標準，也要考慮城市污水的再生利用需求。在某些地區，可以通過開展城市污水再生利用工作來促進污水收集與處理工程的建設與完善。

問題3:城市污水再生利用事業的發展必須依靠科技進步，從始至終都要有新技術、高技術的保證和支持。目前城市污水再生利用技術和設備的開發難以滿足快速增長的再生利用工程建設和運行管理的需求.

對策:今后城市污水再生利用的技術發展應著重于已有技術的集成化、綜合整合、產業化和工程化，需要對已有技術不斷改進和更新，加強新工藝、新流程、新技術和設備產品的研究、開發和推廣應用，并注重示范性工程的研究和建設。通過工程化和生產性測試，著重解決城市污水再生利用于農業、生態、市政和工業中的水質凈化技術、水質穩定技術、水質保障技術、安全用水技術、工程技術、運行管理技術和成套技術設備問題。

5結語

水是一種可再生的自然資源，城市污水的再生利用是節約及合理利用水資源的有效途徑；同時，城市作為一個特殊的“人類社會系統”，從“清潔生產”的角度看，城市污水的再生利用也是防治水環境污染及促進人類可持續發展的一個重要方面，城市污水處理和再生水的利用是水資源良性社會循環的重要保障措施。隨著城市水資源的日益緊缺，城市污水的再生利用更有著非常深遠的理論和現實意義。