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.     

复杂公路隧道火灾风网稳态求解模型及应用

为计算火灾情况下复杂公路隧道中风流的温度与流量,分析了以质量流量为未知数、含交通风压的隧道风网稳态分风模型。基于隧道围岩与烟流的稳态换热得到隧道风温的计算式,并用平均风温计算各段隧道的热风压。给出了用网络解算与稳态换热迭代求解热风压的流程。针对此模型,编制了相应计算软件,并对50MW火灾下某平导半横向式通风隧道进行了计算,对隧道有效求援时间以及控风措施进行了分析。结果表明:隧道热风压与隧道分配到的风量存在相互依赖关系,采用迭代求解提高了风量与热风压的计算精度;依据此模型开发的软件可以方便地对任意复杂隧道、在任意位置发生火灾时的通风系统进行计算,有助于隧道设计与运营管理中对火灾应急预案的制定。     

公路隧道火灾中火区火风压研究

借助大尺寸火灾模型试验,试验隧道内径1.8 m,长度100 m,试验数据采集系统采用世界领先水平的有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络-CAN现场总线系统.深入研究了火风压与通风风速、火灾规模之间的关系.对火区火风压进行了理论分析计算,将理论公式计算结果与试验结果进行比较,所得结果相吻合,证明了理论公式的正确性,并确定火灾救援风速为3 m/s.     

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...     

纵向通风水平隧道火灾烟气流动特性研究

地铁隧道火灾烟气控制是城市公共安全的一个重要组成部分。在分析地铁隧道火灾烟气流动主要影响因素的基础上，将地铁隧道通风和排烟系统作为一个整体考虑，引入地铁隧道火灾烟气的浮力效应和热阻效应，建立了隧道通风网络火灾模拟的数学模型，分析了地铁隧道火灾烟气逆流的临界条件、临界流速、隧道风流及烟流流速与火灾强度的变化关系，为地铁隧道火灾烟气控制和事故应急处理提供科学依据。     

水平巷道烟流逆流层长度CFD数值模拟

针对井下巷道发生火灾后,火区附近烟流沿顶板逆着巷道风流方向流动形成的逆流层长度不确定的问题,通过对烟流逆流层长度影响因素的分析并采用CFD方法对巷道发生火灾时期烟流流动性态进行三维瞬态数值模拟,模拟了当巷道火灾达到稳定时,巷道内速度场的沿程变化规律,研究结果表明:烟流逆流层长度可以用入口端风流速度、烟流热释放速度和巷道当量直径表示;最终推导出逆流层长度的公式,较好的反映了矿井火灾时期烟气的蔓延规律.     

公路隧道运营期火灾数值分析

为满足公路隧道火灾安全体系研究方面的需要,以某隧道为对象,采用CFD方法建立隧道火灾烟气流动数学模型,对该隧道在纵向通风控制条件下的火灾烟流进行了数值模拟,给出不同火灾规模下烟气层、温度场以及CO含量的分布规律。     

公路隧道火灾烟气流动的数值模拟分析

基于公路隧道在火灾安全体系研究方面的迫切需要, 本文以成都天府隧道为对象, 对隧道火灾烟气流动建立了数学模型和物理模型。采用CFD方法, 利用PHOENICS3.6.1软件对该工程实例在纵向通风控制条件下, 火灾烟流的问题进行了数值模拟研究, 给出了不同纵向通风速度下该公路隧道火灾烟气的浓度场、温度场等的分布规律, 讨论了烟气的发展情况, 得到了不同区段火和烟气对人构成威胁的情况, 并对隧道火灾的控制、救援和人员疏散提出了一些建议。研究结果可为研究烟气的运动情况和制定防灾救灾预案提供直接的理论依据和指导。     

海底隧道半横向通风方式模型试验与数值仿真

为了研究半横向通风方式隧道内风速、风压的分布特点,针对某海底隧道半横向通风方案,建立1∶9的缩尺物理模型与1∶1的三维数值仿真模型,研究了排风孔开启数量与排风孔开启位置对隧道内风速、风压分布的影响。研究结果表明:相同排风动力下,随着排风孔开启数量的增加,隧道内排风量增加,但增加幅度逐渐减小;开启事故位置下游2个排风孔,并固定距事故位置最近的第1处排风孔的位置,随着2个排风孔之间距离的增大,第1处排风孔的排风量增加,烟流扩散至第2处排风孔的行程增加,隧道排烟效率降低。     

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。     

半敞开式隧道火灾的理论分析

为了研究隧道火灾的火羽流特性,验证半敞开式隧道采用自然通风模式下发生火灾时是否安全,在已建成的半敞开式隧道中设计并实施了全尺寸火灾试验,得到了半敞开式隧道火灾的烟气温度变化规律和烟气纵向蔓延数据.用OriginPro7.5软件对实验数据进行处理、拟合,得到隧道火灾烟气温度随着离开火源距离纵向衰减的规律;结合火灾动力学分析建立了预测烟气逆流距离的理论模型.根据隧道火灾实验结果与理论模型预测结果的对比,验证了所建理论模型的有效性.全尺寸火灾实验结果验证了李开源和H.Kurioka等人建立的隧道火羽流模型及其计算公式可以用于半敞开式隧道自然通风的研究.     

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。     

铁路隧道火灾烟气逆流的计算模型

通过理论分析结合经验公式,构建铁路隧道火灾烟气逆流距离的计算模型。建立长为52.5 m、内径为1.1 m、缩尺寸(1:9)的实验模型隧道。设定了7个隧道坡度、4个纵向风速,用以模拟实际隧道火灾场景,获得不同坡度和不同通风情况下烟气逆流距离的变化。实验结果表明:隧道坡度及通风速度对烟气逆流距离具有明显影响。通过模型隧道火灾实验的测量结果与计算模型的预测结果的对比,验证了计算模型的有效性,可为铁路隧道防灾通风设计提供依据。     

Experimental Study of Tunnel Fire with Natural Ventilation

The 1/15 reduced-scale experiments using Froude scaling were designed to study the effect on the smoke control efficiency for subway tunnel fires with natural ventilation mode.The propane gas fires with heat release rate 11.48 kW was used,which corresponds to the heat release rate 10 MW in the full-scale tunnel.The temperature distributions under the ceiling were measured by K-type thermocouples to investigate smoke move-ment,and the velocity of smoke in shafts was measured by hot-wire anemometer to obtain the smoke extract amount of ventilation shafts.The results show that the smoke temperature under the ceiling varies with the lon-gitudinal different distance from fire Source.The results also show that the smoke temperature distributions and the smoke control efficiency in tunnel vary with the space between ventilation shafts and vary with the area and the height of ventilation shaft.     

隧道内纵向风速对火源上方烟气温度影响的试验

在我国西南某省公路隧道内进行了全尺寸火灾模拟试验,对不同纵向风速、不同火源功率下火源上方典型位置的烟气温度值进行了测量和分析,并对测得的典型结果与理论计算值进行对比.结果表明：试验测得的火源上方最高温升值与理论计算值符合得非常好,该理论计算方法可以用于今后的工程计算之中;另外在隧道内纵向风速较大时,火羽流将产生很大倾斜,导致火源上方顶棚附近的烟气温升不大,单纯采用缆式线型感温火灾探测的方式无法对早期隧道火灾进行报警,应该增加基于其他火灾特征量的火灾探测装置.     

苏州火车站地下交通联系通道火灾烟控方案的性能

针对苏州火车站地下交通联系通道工程实际,建议增设防火卷帘对通道进行物理隔断,以地面出入口和风井划分排烟控制区段,提出不同火灾位置时的排烟控制方案.借助火灾动力学模拟软件FDS模拟苏州火车站地下交通联系通道火灾烟气的蔓延情况,结合火灾发生时人员和车辆利用通道内既有设施进行疏散的安全性分析,对各烟气控制方案的通风排烟效果进行性能化研究,验证了火灾烟控方案的有效性.     

螺旋型隧道火灾蔓延规律及人员安全疏散规划

为研究特殊线型的螺旋隧道中火灾蔓延规律,提出人员安全疏散规划,基于数值模拟软件FDS(fire dynamics simulator),以典型螺旋隧道——咪的村隧道为例,模拟20 MW火灾模式下,临界风速通风时螺旋隧道上行、下行隧道发生火灾后的火灾蔓延情况,重点分析螺旋隧道内温度和烟气浓度的纵向分布。根据模拟结果提出螺旋隧道火灾模式下人员安全疏散规划,进行咪的村隧道人行横通道设计校验。结果表明,螺旋隧道发生火灾时,人员的逃生方向与隧道上、下行及人员所处位置有关,应按照火灾蔓延烟气流动规律,有序的向更易撤离方向逃生;根据模拟结果,建议以900 s作为螺旋隧道人员可用安全疏散时间,经校验咪的村螺旋隧道人行横通道设计距离满足人员安全疏散要求。     

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.