一端开敞的地铁区间隧道烟气流动特性及其烟气控制研究

以重庆某一段349 m长的一端连接地下车站另外一端和室外相通的地铁区间隧道为例,开展全尺寸的火灾实验和数值模拟分析,研究一端开敞的地铁区间隧道烟气流动特性。分析火源在隧道中心位置、不同热释放速率条件下隧道内火灾烟气蔓延速率、隧道内烟气最高温度以及烟气温度在隧道纵向分布的特征,并对比分析利用区间隧道事故风口进行机械排烟和机械送风的烟气控制模式效果,提出描述区间隧道断面形状对烟气流动特性影响的参数。研究结果表明:烟气蔓延速率受纵向风速和车站烟囱效应作用影响,火源上游区域烟气蔓延速率较小,烟气回流距离比两端开敞的公路隧道经验公式计算值小,隧道内烟气最高温度比Kurioka预测模型计算值小,隧道顶部上游的烟气温度纵向分布服从指数衰减规律;将隧道烟气最高温升预测模型应用于形状系数小于1的区间隧道需要进一步修正;区间隧道内靠近地下车站的事故风口,采用机械排烟或机械送风模式,可以有效排除着火区间隧道内的烟气;事故风口机械通风量及其运行模式的选择需综合考虑隧道地理形式、火源功率、疏散方式等因素。     

火灾时隧道截面形状对临界风速和烟气分布影响的数值研究

模拟分析了某地铁实际工程中三种区间隧道断面(单线盾构圆形断面、单跨矩形断面和双跨矩形断面)对临界风速的影响,结果表明单线盾构圆形隧道的临界风速最大,双跨矩形隧道对应的临界风速最小.拟合得出了纵向通风速度和逆流层长度的变化关系式,计算得出了10 MW火灾强度下三种隧道的临界风速,并在临界风速条件下对三种截面形状隧道对烟气的温度和浓度分布的影响进行了模拟分析,验证了拟合得出的通风速度和逆流层长度变化关系式的准确性,为地铁区间隧道火灾烟气扩散控制和通风系统设计提供了一定的参考依据.     

南京长江隧道工程火灾数值模拟与分析

运用火灾动力学模拟软件PyroSim对南京长江隧道纵向通风进行模拟,找到不同通风速率条件下火灾蔓延的规律,并得到隧道温度和烟气分布状况,选择3.0 m/s为纵向通风临界风速.在此基础上结合南京长江隧道现有的消防及应急救援系统,对临界风速下隧道结构安全性能进行分析与评估,所得结果为南京长江隧道工程的防火性能提供依据,同时也能为类似工程提供参考.     

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。     

纵向通风对地铁区间隧道火灾温度特性影响

以西安某地铁站区间隧道为研究对象,基于Froude相似性原理,建立1:10小尺寸实验模型,研究火源功率、纵向通风速度对隧道区间火灾时温度特性的影响,对比分析12.67,15.33和18.24 kW 3种火源功率在不同风速下的火焰形态、顶棚最大温度分布及顶棚辐射能量。研究结果表明:纵向通风会增强燃烧,增加火焰长度、降低火焰高度,同时降低隧道内温度和顶棚热辐射;当无纵向通风时,顶棚最高温度分布随火源功率呈指数函数关系,随着纵向通风风速的增加,二者相关性逐渐降低;当纵向通风风速大于1.0m/s时,隧道温度和热辐射主要受火源功率影响。     

城际铁路隧道列车风特性及对人员安全的影响分析

采用数值模拟方法,对列车在城际铁路隧道内运行过程中所产生的列车风变化过程进行分析,计算CRH2流线型列车在隧道内运行时,隧道内沿纵向不同位置列车风最大风速,进一步探讨隧道内列车风纵向和横向分布特性,并参考相关标准分析隧道内轨侧疏散通道、轨下疏散通道进行人员疏散时的安全性.结果表明:车头风速梯度很大,且在车头侧面空间出现风速转向,环隙空间内气流流动为典型的Couette湍流流动和Poiseuille湍流流动的叠加,车尾风速最大,对轨侧人员安全最为不利;CRH2流线型车以200km/h速度运行时,轨侧疏散通道最大风速17.2 m/s,轨下疏散通道口及通道内最大风速分别为15.2和9.5 m/s.按照16.9 m/s风速标准进行判断,人员可从轨下疏散通道进行疏散.     

公路隧道竖井送排式通风送风口角度优化模型

为降低公路隧道竖井送排式通风能耗,应用雷诺数相似理论,对竖井送排式通风送风口与隧道轴向夹角进行物理模型试验研究,测试不同送风口角度时风速的变化规律.结果表明:送风口角度对送风动力的影响随送风段隧道平均风速的增大而增大;当隧道设计风速为6~8 m/s时,送风口与隧道轴向夹角宜取5°~6°.     

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。     

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.     

办公室不同通风方式效果模拟与分析

目的研究夏季办公室置换通风、侧送风和混合通风的特点及效果,探索不同通风方式对室内空气品质和热环境的影响,设计有效的办公室通风系统,创造良好的室内环境.方法利用Airpak软件对置换通风和侧送风进行模拟计算,得出了两种送风方式下室内温度场、速度场以及PMV-PPD指标分布.结果侧送风形式下,空调送风运动轨迹呈抛物线分布,新风抛物线以下工作区域温度较低,主要分布在24~28℃,在人体经常活动的范围内速度大小为0.25 m/s,PMV-PPD指标接近于0.置换通风热力分层,温度自下而上升高,工作区内风速为0.096 m/s,温度为26℃,PMV-PPD指标小于侧送风形式的PMV-PPD指标.混合通风工作区温度分布比较均匀,为28℃左右,但是工作区风速较高,为0.6 m/s.结论办公室采用置换通风方式活动区空气品质好,既能营造良好的工作环境又可利用空气自身浮升力达到节能目的,是一种理想的通风方式.     

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。     

公路隧道火灾的模型试验与数值模拟分析

为研究公路隧道火灾烟气温度场的分布规律,提升公路隧道的火灾安全性,以相似理论为依据,结合某实际隧道工程实例,设计了一套隧道火灾模型实验装置。模型隧道横截面为0．88m×0．5m,长12m,隧道内的风速可在0～5m／s范围内调节。采用该试验装置,进行了火灾时隧道内温度场的纵向、横向分布规律以及温度场扩散范围的火灾模型试验。试验中设定了不同的通风风速来模拟实际的隧道火灾场景,隧道内烟流温度通过数据采集系统读取。用FDS火灾动力学模拟软件进行了数值模拟计算,总体来看数值模拟的结果与试验数据的吻合程度较好。并依据试验及数值模拟的结果对隧道火灾的控制、救援和人员疏散提出了一些建议。     

环境参数对公路隧道火灾蔓延的实验研究

以象山隧道为研究对象,利用缩尺温度模型进行实验。研究环境温度、通风速度对隧道内的温度以及烟气蔓延的影响规律：隧道内汽车着火后,火源上方隧道顶部的温度上升幅度大,上、下游人眼特征高度处温度的上升幅度较小;通风对隧道内温度的影响很大,但不是风速越大,温度下降的越多,离火源距离越远,通风对温度影响越小;环境温度越低,烟气蔓延时间越短;火灾发生后,未开启风机时,烟气蔓延降至人眼特征高度处时间需350～415s,开启风机后,风速为2.4m/s和4.8m/s时,烟气达到人眼特征高度处的时间分别为25～40s和20～30s。在实验结果基础上给出建议,以便给监督管理部门对风速的调节和灭火救援及人员疏散提供参考。     

长大公路隧道火灾温度场分布试验研究

为了掌握长大公路隧道内的火灾行为,提升秦岭特长公路隧道的火灾安全性,进行了火灾时隧道内温度场的纵向、横向分布规律及温度场扩散范围的大比例(1:6)火灾模型试验.模型隧道内径为1.8 m,长100 m.隧道内的风速在10 m/s范围内.试验中设定了3个火灾规模用以模拟实际的隧道火灾场景.试验中隧道内烟流温度通过CAN数据采集系统自动记录.试验结果表明,横向温度分布呈现拱顶最高,拱腰、边墙次之,底部最低的规律.对纵向温度分布而言,火区温度最高,随着远离火区温度逐渐降低.火灾规模及通风速度对温度分布及温度扩散范围具有明显的影响.随着火灾规模的增大,隧道内各点烟流温度及影响范围均增大.而随着通风速度的增大,温度扩散范围增大,火区最高温度降低,隧道内温度分布趋于均匀.此外,根据试验成果对结构防火措施、设备布置方案、火灾时通风风速的设定以及行车距离的限制等给出了合理的建议.     

运动车辆对隧道火灾顶棚射流温度分布的影响

以公路隧道内小轿车着火、客车驶经火源的场景为例，依托某隧道工程建立火灾计算模型，利用重叠网格技术和火灾数值模拟方法，研究了车辆运动速度对隧道火灾温度分布的动态影响规律.结果表明:当车辆以11.11m/s的速度经过火源时，火源中心横、纵截面隧道顶部的烟气温度最低；当车辆诱导气流对温度分布的影响达到最大时，横断面烟气温度呈现出由着火车道至车辆经过车道先降低、后升高的规律；在最高温度点上游15m范围内纵向烟气温度平稳衰减，且在车速为11.11m/s时衰减速率最大.     

正压送风位置和风量对高层建筑火灾烟气控制的影响

正压送风控烟是高层建筑烟气控制的重要手段,目前消防队伍普遍配备移动排烟装备,但这类装备在高层建筑的应用尚未普及,有必要开展高层建筑正压送风控烟技战术的研究。本研究在1/4缩尺寸高层建筑正压送风控烟实验研究的基础上,进一步开展了数值模拟研究,重点关注正压送风位置和送风风量对高层建筑竖井烟气控制效果的影响。研究结果表明,从高层建筑火灾中着火层下部进行正压送风比上部更具优势,在着火层上方楼层送风时,由于烟囱效应的影响,需要更大的送风风量才能有效控制烟气,且当正压送风强度不足时,还会造成竖井内温度的显著上升,从而威胁到建筑内部人员的安全,着火层下方正压送风的最佳位置应根据通风情况综合确定。     

火灾时隧道火风压及其对通风影响的试验研究

借助大比例火灾模型试验，研究了火灾工况下隧道内压力场的发展变化状态及火风压产生的机理，分析了通风速度、火灾规模、隧道坡度和烟流蔓延长度等对火风压的影响规律，以及火灾对隧道通风系统的影响．试验结果表明：火风压随着上述影响因素的增大而单调增大，但增长速率减缓；同时，火灾引起的火风压会极大地影响隧道的正常通风．建议对于长大隧道，发生火灾时，应及时将烟流的蔓延长度控制在尽可能短的范围内，以便减弱火风压对通风系统的影响．     

移动火源隧道火灾拱顶温度变化规律数值模拟

 为研究动态火源对隧道拱顶温度场分布影响规律,针对隧道中动态火源火灾,在自然通风条件下,静止、40km/h及60km/h等速度的20MW火源在隧道内穿行的火灾过程,采用火灾动力学模拟器Fire Dynamic Simulator(FDS)进行火灾场景的模拟与计算.重点对火源在隧道行进过程中拱顶沿纵向温度分布、温度峰值变化规律及影响因素进行分析.研究结果表明,通风是影响隧道火灾温度的主要因素,移动火源在一定程度上打破了隧道内由于顶棚射流引起的热烟气与冷空气的动态循环机制,活塞风尾段涡流会引起隧道流场变化,一定程度阻碍了燃烧释放热量向火源行进逆向的扩散,并将高温气流带向其运动方向.