地铁区间隧道顶部热烟气温度分布

通过调查统计重庆地铁6号线区间隧道的断面形式,引入隧道断面形状系数ζ,建立断面形状系数ζ1的模型实验台。采用模型实验与FDS模拟相结合的方法,探讨地铁隧道采用纵向排烟系统时,不同热释放速率及排烟速度的条件下区间隧道内烟气温度纵向分布特征。研究结果表明:Kurioka模型适用于断面形状系数ζ≥1的地铁区间隧道,对于断面形状系数ζ1的地铁区间隧道,需要对Kurioka模型进行修正。对于断面形状系数ζ≥1的地铁区间隧道,顶棚上游烟气温度纵向分布服从指数衰减规律。然而,对于断面形状系数ζ1的地铁区间隧道,顶棚上游烟气温度虽然也服从指数衰减规律,但需要进行模型修正。修正值Kζ与断面形状系数ζ之间满足线性关系,顶棚上游烟气温度沿纵向衰减速度,随隧道断面形状系数的增大而增大。     

地铁站台不同排烟模式下的烟气流动数值模拟

地铁站台发生火灾时,不同排烟模式对烟气流动的影响十分显著。文中以西安某地铁站为对象,采用FDS火灾模拟软件,研究传统排烟方式与增加隧道风机辅助排烟方式的排烟效果。对比分析自然排烟、站台排烟、隧道风机辅助站台排烟3种模式在不同火源位置时的楼梯口风速、人眼特征高度处温度、能见度、CO浓度分布。结果表明,火源位于站台中央时,楼梯两侧均有烟气蔓延,相比站台排烟模式,采取隧道风机辅助站台排烟模式后,站台温度下降约16.7%,CO浓度下降40%,且无烟气蔓延至站厅层。     

地铁站台煤油火灾烟气蔓延的数值模拟

以沈阳地下铁路工程为例.利用计算流体力学的SIMPLE算法,在5种防排烟方式下,对地铁站台煤油火灾烟气的蔓延情况进行数值模拟.选取距地铁站台地面2m平面上,两楼梯口中心点作为测点,得到了不同防排烟情况下测点温度及CO_2摩尔分数的实时曲线,及地铁火场温度和CO_2浓度场云图,分析不同的防排烟方式对地铁站台煤油火灾烟气蔓延情况的影响.模拟结果表明,当仅使用机械排烟时,排烟口位置不同,排烟效果相差不大.加压送风系统与机械排烟同时使用,能有效遏制烟气蔓延,并出现周期性衰减的情况;远离火源的楼梯口可作为更加安全的疏散通道.     

隧道火灾上游烟气温度分布规律的实验研究

隧道一旦发生火灾事故,火源上游蔓延烟气温度的高低决定着司乘人员逃生的危险程度。通过分析在1/20小比例尺寸隧道模型中开展的26种隧道较大火灾规模实验场景所对应的实验数据,研究了不同燃料类型、不同隧道截面尺寸的隧道火灾在不同纵向通风风速工况下对火源上游烟气温度的影响。研究结果表明,隧道宽度和纵向风速对顶棚下方烟气温度最大温升影响不大,而隧道高度对其影响较大;此外火源上游烟气温度随着纵向风速的增大而减小,随着隧道横截面尺寸的增大而增大;最后给出了隧道火灾顶棚下方火源上游烟气无量纲温升与无量纲距离的关系模型。     

顶部多点竖向排烟下地铁隧道烟气控制研究

通过在某带有独立通风隧道的地铁区间隧道开展0.25～1.25 MW规模的现场火灾实验,对烟气温度分布进行分析,利用火灾动力学模拟工具(fire dynamics simulator, FDS)建立对应实际尺寸的数值模拟隧道模型,展开抑制下游烟气蔓延的通风隧道临界排风量以及排烟效率的研究。对于横向水平中心线温度,火源相对于排烟口的位置对火源附近温度升高区域的范围基本无影响。在地铁隧道内设置进风量可抑制烟气逆流,但同时会造成下游烟气失稳,排烟口无法完全排出高温烟气。对于在不同排风量及火源功率(heat release rate, HRR)的情况下,排烟效率先增大后保持不变;当排风量达到一定值,即等于临界排风量时,排烟口能够完全排出高温烟气,排烟口排烟效率为1,临界值与HRR相关。计算出临界Fr约2.7,略高于此前的研究。得到HRR的经验公式,排烟效率与无量纲HRR和无量纲风速的相关性呈现分段函数关系。     

地铁区间隧道火灾烟气流动控制的数值模拟及分析

以广州地铁某矩形截面的区间隧道为研究对象,假设当一列车在隧道内发生火灾时,根据列车停泊的哪位置和火灾的部位,立即启动列车后方车站的隧道风机向隧道内送风,启动前方车站的隧道风机排风,在隧道内形成一股与行车方向相同的气流,带走火灾烟气至前方车站的活塞风井而排至室外.采用PHOENICS 3.5软件模拟在此通风模式下,火灾发生60 s、180 s和360 s时隧道内烟气的温度和浓度的分布状况.模拟结果表明:在此通风模式下,烟气全部流向下游隧道,没有发生逆流(即烟气向上游人员疏散的方向流动)现象,乘客可以迎着新鲜空气疏散到安全地带.因此,此通风措施得当,人员疏散方案正确.     

隧道火灾集中排烟时机械补风风速研究

 火灾集中排烟模式下,隧道两端射流风机需向隧道内部补充新风,以使排烟区域向火源附近排烟口方向集中,缩小烟气影响范围。从烟气控制效果出发,提出排烟效率、烟气蔓延范围、能见度3个指标作为判定合理机械补风的依据。以某越江隧道工程集中排烟为例,采用火灾动力学模拟软件FDS对-2.8%坡度隧道在不同排烟口开启方案(上游3个/下游3个、上游2个/下游4个、上游1个/下游5个)、不同纵向补风风速(0、1、2、3m/s)下的12 组火灾工况进行模拟计算。结果表明:纵向补风风速对集中排烟效果影响显著,本隧道区段火灾集中排烟时的合理纵向补风风速为2m/s,小于纵向通风时的临界风速值。     

半敞开式隧道火灾试验

为了研究顶部开口半敞开式隧道在采用自然通风模式下的火灾特性,设计并实施了隧道火灾全尺寸实体试验,得到了温度随时间的变化数据,温度随着离开火源距离的变化数据,烟气纵向蔓延和沉降数据.用Matlab软件编程对上述数据进行统计和分析,得到了距离火源不同位置处温度随时间的变化规律、顶棚射流最高温度随着离开火源距离和纵向变化规律、安全高度处烟气温度随着离开火源距离的纵向变化规律以及烟气纵向蔓延规律和沉降规律.在对实验数据进行理论分析的基础上,评价半敞开式隧道在自然通风方式下火灾排烟的安全性并提出相应的对策措施,为未来的隧道建设采用半敞开式自然通风模式提供科学指导.     

双向互为逃生通道的地铁区间隧道通风排烟方式实验研究

为验证发生事故隧道纵向通风、非事故隧道正压送风的气流防烟模式的有效性,通过以类矩形地铁区间隧道为原型,建立了1：3的实体试验平台,对两种纵向通风模式的防烟效果、非事故隧道沿程温度及联络通道口温度变化对比分析。结果表明：事故隧道纵向通风、非事故隧道正压送风这种有效的气流防烟方法既可在无空间设置防火门的地铁区间隧道得以应用,也可以作为常规地铁区间隧道防火门损坏后降低火灾危害的应急手段。可见在有效的正压送风模式下,事故隧道纵向通风临界风速为1.6m/s,1#A联络通道口临界风速为1.7m/s,1#B联络通道口临界风速为1.8m/s,该参数可以为地铁区间隧道风机提供选型依据。     

独头隧道火灾全尺寸实验研究

随着中国地下空间工程建设速度加快,在施工过程中存在的独头隧道数量逐年增加。为研究地铁施工阶段形成的独头隧道中发生火灾时的烟气蔓延特性,在某地铁隧道施工区间开展全尺寸现场火灾实验,通过分析隧道整体温度分布、风速分布、烟气层高度等参数并结合现场观测,研究烟气在独头隧道内的扩散和沉降规律。结果表明：在自然通风条件下,烟气向隧道封闭端方向扩散速度慢于向连通端方向扩散速度,扩散速度差异随火源距封闭端距离增加而减少。连通端方向的顶棚烟气温度衰减速率慢于封闭端。烟气在连通端的分布基本符合指数衰减模型,而在封闭端产生明显的蓄积现象,形成一段烟气层高度低至1.5 m以下的危险区间,为烟气控制和火灾应急中的重点区域。     

排烟状态下隧道火灾温度及烟气流动实验研究

为研究不同火源位置和排烟风速对隧道火灾烟气蔓延的影响,以辽宁省海棠山隧道部分区段作为设计原型,建立1∶12缩比例试验平台,以温度、CO_2气体作为观测对象进行研究.并通过PyroSim软件模拟结合对比,分析了火源与排烟口所在直线与地面形成的倾角与排烟风速对火灾蔓延的影响.结果表明:当排烟风速达到0.45m/s时,对于18.95kW以下火源功率可以有效防止其烟气回流;烟气温度与CO_2体积质量随着排烟风速的增大峰值明显减小;风速越大,排烟效果越好;火源与排烟口所在直线与地面形成的倾角为45°时,排烟综合效果相对最好.     

城市地下联系通道火灾通风排烟设计方法

 城市地下联系通道是一种新型地下交通形式,其火灾通风排烟设计较一般城市直线型隧道更为复杂。针对地下联系通道的构造特点,提出火灾时将车行通道视为一个独立于地下车库的构筑物,依据竖井和出入口布局,利用防火卷帘将整个通道分隔成多个排烟控制区段,使烟气在设定排烟区段内沿车行方向排出地面的火灾通风排烟设计方法。以苏州火车站UTLT为依托工程,将其划分为8个排烟控制区段和3类通风排烟组织方式,利用FLUENT对典型场景火灾烟气蔓延进行模拟计算。模拟结果表明,烟气被限制在设定排烟区段内流动并排出地面,且防止了烟气逆流产生,可有效保证火源下游车辆和火源上游人员的逃生安全,验证了火灾通风排烟设计的合理性。     

耦合风扰作用下火源热烟羽受限扩散规律实验研究

通过分析庚烷油池火燃烧反应及燃烧参数,提出一个半经验模型用来预测20MW火灾强度对应隧道火源燃烧参数.针对3个风口非对称布置在火源两侧的特殊情况,根据密度修正弗诺德准则搭建1/14缩尺模型试验,以电加热空气模拟火源热烟羽.针对不同纵向风速、排烟量组合,详细测量隧道内温度场分布.试验结果表明,热烟气扩散受到两者的耦合影响,上游无风环境以及临界风速送风情况,均不能达到理想的控制效果.CFD数值模拟与试验结果相比,具有较好的一致性,可进一步拓展试验结果的参考范围.     

着火列车在隧道内行驶的烟气温度特性研究

地铁隧道火灾中,以列车着火的可能性较大,着火后的应急处置办法是尽量带火运行到前方车站.依据1/8缩尺模型实验结果,利用计算流体力学STAR-CD软件的动网格功能,通过求解N-S方程,对列车着火后继续向前行驶的过程中的流场特性进行了研究,分析了不同列车行驶速度和火源热释放速率对隧道内温度分布的影响,得到列车携带火源在隧道内行驶时烟气温度的分布规律和列车行驶速度对烟气温度场特性的影响.结果表明:在着火列车继续向前行驶的过程中,隧道顶棚处温度最高,沿隧道高度向下逐渐降低,且烟气没有扩散至隧道高度2 m以下的范围;列车行驶速度越大,隧道两侧的烟气扩散的速度越快,蔓延的范围也越大;若车内的人员保持在1.375 m高度以下,可以保证生命安全.研究结果对于地铁列车着火后继续在隧道中行驶时的安全研究具有一定的参考作用.     

地铁隧道火灾事故通风方式数值模拟

为了有效解决地铁隧道火灾时期烟气流动及其毒性分布对人员疏散的影响问题,以天津地铁区间隧道为研究对象,针对火灾列车停留在隧道中部的火灾工况,利用FLUENT软件,采用简化的PDF燃烧模型、浮力修正的k-ε湍流模型和P-1辐射模型,对不同事故通风方式下隧道内烟气进行数值模拟,并根据烟气的"边界层吸附效应"原理,论证模拟效果。结果表明:不同通风方式对隧道烟气蔓延范围、温度及毒性分布的影响较大;10MW火灾规模时,地铁隧道采用开放式推迟加压的通风方式能够在有效引导烟气流动的同时,为人员提供更充裕的疏散时间。该研究成果对地铁隧道火灾时期通风排烟的有效组织和人员安全疏散具有一定参考价值和指导意义。     

全高安全门地铁车站火灾时烟气流动特性的模型实验

搭建了安装全高安全门系统的双层岛式地铁车站1∶8模型实验台,通过比例模型实验,重点研究了轨道区一端发生火灾,烟气在站台轨道区以及站台公共区的流动特性.结果表明,在火灾的增长阶段,如果机械排烟系统不开启,轨道区烟气会通过全高安全门顶端空隙扩散到站台公共区,并阻断距火源较近的楼梯口的疏散通道;当机械排烟系统开启时,烟气向站台公共区的扩散速度得到明显控制,但由于站台轨顶各排烟口排烟特性的不均匀性,远离排烟风机的火源附近,烟气通过全高安全门顶端空隙扩散到了站台公共区.如果能使各排烟口排风量均匀,则将提高控制烟气向站台公共区扩散的效果.     

不同通风方式下地铁区间隧道火灾烟气特性分析

为了解不同通风方式下隧道火灾烟气的运移情况,开展了管道热烟实验;进行了不同通风方式下火灾烟气运移的数值模拟;分别采用理论计算和数值模拟方法得到了不同火源热释放速率的纵向临界风速。结果表明:纵向风速较小时管道中的烟气呈现层状运动,风速较大时烟气分层现象消失;车厢内烟气的温度高于车厢外相同高度的烟气温度;采用数值模拟得到的临界风速低于弗洛德临界模型的计算结果;相同火灾功率时压入式通风临界风速比抽出式通风临界风速略小。当隧道内产生速度不小于2 m/s的纵向风时,可将烟气限制在火源的下游隧道。     

某多匝道城市地下道路纵向排烟系统运行优化

为研究多出入匝道的存在对隧道纵向排烟系统效率的影响,采用通风网络对某多匝道城市地下道路分段纵向排烟系统的烟气控制效果进行了模拟分析,得到了不同火灾场景中风机运行的最佳策略。结果表明,对于该城市地下道路而言,火灾发生时各段排烟风机不必全部运行即可达到所要求的临界风速值,火源段下游竖井附近风机需逆转运行才能防止竖井上游烟气向下游扩散,从而提高其排烟效率;若主线隧道发生火灾,匝道风机最好停止运行,以帮助主线隧道达到较好得控烟效果。     

不同集中排烟量对隧道火灾烟气控制效果的影响

 以钱江水下盾构隧道为研究对象,采用FDS 5.0对双向均衡排烟模式和50MW火灾规模下、10个不同集中排烟量对隧道火灾烟气控制效果的影响进行模拟计算。对比分析不同集中排烟量下,隧道内排烟阀处竖向排烟风速、排烟阀及排烟风机口处温度、排烟效率、行车道2m高度处能见度、烟气蔓延范围的变化情况。模拟分析表明,集中排烟量对排烟效果影响很大。当排烟量为190m³/s时,可达到较好的隧道火灾烟气控制效果。     

射流风机位置对隧道火灾烟气蔓延特性的影响

为探明隧道火灾临界风速时的火区通风阻力,并明确射流风机局部风流场对隧道烟气蔓延的影响规律,采用计算流体动力学软件ANSYS Fluent,建立了考虑20 MW火灾长度800 m的1∶1隧道数值模型。通过开展5 MW隧道火灾数值计算和1∶10物理模型试验,以临界风速和温度为指标,验证所建数值模型的合理性和适用性。确定隧道火灾临界风速及火区通风阻力,并在临界风速条件下,进行火源与射流风机不同相对位置时隧道火灾场景的数值计算。研究结果表明：300 m隧道内5 MW火灾,临界风速约为2.0 m/s,火区通风阻力约为3.0 Pa; 800 m隧道内20 MW火灾,临界风速约为2.8 m/s,火区通风阻力约为7.0 Pa。在20 MW火灾临界风速条件下,当火源位于风机下游40 m范围内,烟气分层完全被破坏,火源下游区域不利于人员疏散,当火源位于风机下游80及120 m处,烟气状态分别为分层较好和分层良好,相应的火灾危险区域分别为火源下游300 m范围内和火源下游100 m范围内;当火源位于风机的上游,烟气蔓延至风机位置前分层良好,蔓延至风机位置后,随高速射流迅速向下部扩散并充满隧道断面,风机下游区...