综合管廊电缆桥架火灾的温度场分布特性研究

针对综合管廊电缆火灾的危害性,建立了截面尺寸为1:1的综合管廊模型,重点研究电缆桥架火灾造成的受限空间温度场分布。结果表明：烟气的沉降作用可将垂直温度场划分为顶棚射流层、中间热烟气过渡层和底部冷空气层;封堵端口会加快顶棚烟气温度的纵向衰减速度,并分别提出了封堵侧和贯通侧的温度衰减预测模型;对于火源功率较小的电缆桥架火灾,火源功率与顶棚最大温升满足线性关系;通过建立顶棚最大温升预测模型,发现实验值与预测值之间的误差大多维持在30%以内,其中最小的预测误差为14.73%,模型的整体预测效果较好。     

不同封堵条件下巷道火灾烟气温度场预测模型

巷道火灾蔓延速度快且温度高,封堵控制过程中会对工作人员造成人身威胁,因此研究巷道火灾烟气封堵过程中温度变化规律及预测对其安全控制有重要意义。文中通过分析烟气质量流率的卷吸特征,基于火灾烟气温度控制方程建立了封堵条件下的巷道火灾烟气温度预测模型。搭建1∶10比例的巷道火灾相似模拟实验台,开展火源功率为4,6,8 MW的巷道火灾实验。测试进风侧单侧封堵比例为0%,25%,50%,75%,100%的15种工况下顶棚烟气温度分布,得到了不同封堵条件下的烟气温度衰减规律。采用平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分误差(MAPE)、均方根误差(RMSE)和确定系数(R~2)验证实验值与理论预测值的准确性。结果表明:当封堵比例大于50%时,随着封堵比例增加,抑制火灾效果明显,在不同封堵下烟气纵向温度分布呈高斯函数规律;通过对比不同封堵条件下的温度场的预测结果(MAE0.075 1,MAPE0.132 1,MSE0.077,R~2=0.906 9),发现该模型对封闭过程火区温度的预测结果较好。     

防护工程火灾烟气分布特性模型实验

为讨论防护工程火灾时烟气分布特性,根据相似原理搭建了模型与实体比例为1∶4的模型实验台,进行了6个工况的模型实验,分析了火源单室内烟气温度分布规律以及烟气层高度特性,并对走廊内烟气顶棚最高温度及纵向衰减遵循的规律进行了研究。结果表明,火源单室水平方向温度分布不均匀,竖直方向温度分布可用"三区域"描述;与普通单室"双区域"模型不同,分段线性法比较适合于火源单室内烟气层高度计算;Alpert模型更适用于防护工程密闭防火分区走廊顶棚最高温度的预测,走廊内无量纲温度符合幂指数衰减规律。     

导热和绝热隧道顶棚近壁面火灾烟气层特性

隧道围岩的导热是影响隧道火灾燃烧特性但常常受到忽视的重要因素之一.为研究隧道导热条件对隧道顶棚近壁面区域内火灾烟气蔓延过程的影响,采用数值模拟与全尺寸模型实验相结合的方法,分析了顶棚导热和绝热两种条件下顶棚近壁面区域竖直方向上的温度分布和烟气层特性.结果表明:顶棚强对流烟气沿隧道纵向蔓延时,导热条件下火源下游100 m...     

沉管隧道火灾烟气蔓延特性

为了深入了解沉管隧道火灾过程中烟气的蔓延规律,通过理论推导与足尺试验验证相结合的方法,建立烟气流动的数学模型,推导出烟气层温度及流速沿隧道纵向衰减的理论模型。在此基础上,以港珠澳沉管隧道为研究对象,建立1∶1足尺沉管试验隧道,配备完善的机电系统与测量系统,开展隧道火灾试验,对不同火灾热释放速率和纵向风条件下的烟气层平均温度与平均流速的预测模型进行验证。研究结果表明:在忽略烟气层对下层冷空气的卷吸作用时,烟气温度沿隧道纵向呈指数衰减;同时,烟气蔓延速度的衰减与温度衰减成正比,沿隧道纵向也呈指数衰减。最终给出港珠澳大桥海底沉管隧道火灾工况下烟气运动的预测模型。     

隧道内列车着火的火焰顶棚射流温度特性研究

通过隧道列车火灾的1∶8缩尺模型实验和数值模拟,研究了列车头部、尾部等不同位置着火时火焰顶棚射流的温度特性,并与列车中部着火的情况进行了对比。结果表明:列车头部、尾部着火时,火焰顶棚射流的最高温度出现在距隧道顶δ=0.25H的位置(H为火源至顶棚的高度),中部着火时出现在δ=0.18H的位置,均不同于纯烟气顶棚射流的最高温度出现在0.01H以内的情况;火焰顶棚射流燃烧稳定后,温度沿隧道纵向变化的规律是分段的——列车头部、尾部着火时,各断面的最高温度以抛物线规律衰减,列车中部着火时各断面的最高温度则以线性规律衰减;离列车一定距离后,夹带火焰明显减少,火焰顶棚射流的最高温度都呈指数形式衰减。     

细水雾粒径改变对电缆火灾的影响

综合管廊中电缆存在一定的火灾危险性,为研究高压细水雾对综合管廊的灭火效果,针对I型结构地下综合管廊,通过火灾数值模拟软件在综合管廊中开展不同粒径细水雾条件下灭火模拟。分析温度场、烟气流动以及能见度变化情况,对管廊内在相同火源功率下不同粒径细水雾灭火效能分析发现,选定的六种粒径细水雾中,200 μm细水雾具有快速降温效果,50 μm细水雾灭火效果最好,细水雾粒径越小对烟气层沉降的影响越显著。     

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。     

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。     

纵向风条件下障碍物对矿井巷道火灾烟气流动的影响

为了研究障碍物对矿井巷道火灾烟气流动的影响,采用火灾模拟软件FDS考察了离火源不同位置的障碍物对巷道火灾烟气流动和温度场的影响。结果表明:与空旷巷道相比,有障碍物存在的巷道烟气逆流的距离增加,障碍物位于火源上游离火源的距离越近,烟气逆流的距离越远;障碍物处于火源上游,热烟气会在障碍物与火源之间聚集,随着障碍物与火源之间距离增加,热烟气沉积的距离随之增加;有障碍物存在的巷道,高温区分布在火源与障碍物之间,巷道顶棚处烟气的温度高于空旷巷道。     

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。     

高层建筑楼梯井不同开口方式下的烟气控制效果研究

在1/3缩尺寸的高层建筑楼梯井实验台内开展了火灾烟气运动规律和控制实验,研究了中部楼层着火,烟气进入楼梯井的情况下,楼梯井不同开口方式对烟气控制效果的影响.测量了楼梯井内烟气的竖向温度分布、进出口风速以及烟气前锋上升时间.结果表明:各工况下,烟气到达一定高度后,烟气温度呈指数衰减;不同开口方式时,楼梯井内中性面位置不同,烟气蔓延速度不等;当着火层的邻近层开口时,烟气温度衰减快,烟气蔓延速度慢,控烟效果好.     

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。     

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.     

火灾时围护结构非稳态温度场的动态特性

为了研究火灾时建筑物围护结构的温度,运用BFD模化模型,模拟计算了室内建筑火灾烟气温度与时间的变化关系,并讨论了长宽比、有效通风口高度等对室内火灾过程的影响.在上述火灾模拟的基础上,根据烟气与围护结构之间的换热情况,建立了围护结构非稳态传热模型.采用分界面衔接条件,并结合有限差分方法,提出了一种建筑构件中心点温度场的计算方法.随后,取时间步长为1 s,计算时间为50min,分别计算了两种围护结构内部温度场随时间和位置的变化规律.计算时,火灾增长时间tg为150 s,衰减时间td为600 s,所选取的火灾为经历了生长阶段、轰然阶段、充分发展阶段和衰减阶段的全过程燃烧.模拟得到的加气混凝土和钢筋混凝土构件内部温度场变化规律与实验结果基本符合.     

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。     

1 ∶ 4缩尺厂房中功率火灾试验研究

为研究局部火灾作用下大空间建筑内火源、热烟气以及室内空间和钢构件温度场的发展及分布规律,设计建造了一个缩尺比为1∶4的门式刚架厂房模型,在模型内开展相当于中功率火灾的小规模火灾试验.试验过程中测量了模型内部各关键位置的热空气和钢构件温度,并采用《建筑钢结构防火技术规范》(GB51249-2017)给出的钢构件温度场计算公式对试验中构件升降温进行计算对比.结果表明:热空气温度峰值从火源正上方向四周逐渐减小,沿跨度方向两侧温度分布基本对称.局部火灾下建筑内部空间明显可分为热烟气层高温区、次高温区和热烟气层以下区域.钢构件温度沿截面方向分布较均匀,其温度变化明显滞后于热空气.对于处在热烟气层以下的钢构件,其温度场计算需要额外考虑火焰的直接辐射作用.     

线火源与点火源在巷道火灾中烟流特性对比

为揭示井下线火源与点火源诱导火灾的不同,达到有针对性的进行矿井火灾防治,依据两种火源类型的燃烧特性,应用火灾动力学模拟软件FDS,建立了符合井下火灾燃烧特点的矿井平巷火灾模型,模拟对比分析了两类火源在相同火灾场景下烟气运动过程、速度分布及温度衰减规律.研究结果表明:在1.2 m/s风速条件下,线火源在顶棚射流过程中烟气的水平运动速度大于点火源,烟流逆流长度较长;巷道中截面火源附近速度最大,可达3.5 m/s,由于节流作用和输送机的遮挡,上风向顶板附近及输送机后部风速减小.顶板最高温度随火源距离的增大出现衰减,且线火源的衰减速度小于点火源,竖向温度由巷道顶板向底板方向递减.因此,线火源的火灾危害性更大,在火灾防治中应该给予更高的关注.     

细水雾应用于综合管廊电缆仓火灾灭火的数值模拟

为探究细水雾应用于管廊电缆仓内火灾灭火的效果,采用FDS模拟技术建立城市地下综合管廊电缆仓模型,分析在不同细水雾雾滴粒径、喷头间距、不同火源位置等条件下细水雾对电缆仓内火灾灭火的效能.研究表明:细水雾应用于管廊电缆仓内灭火效果良好,当火源位置位于不同电缆桥架时,细水雾均能有效扑灭电缆仓内火灾;在常规尺寸的管廊电缆仓内,...     

水利水电工程分岔型隧道全尺寸火灾实验研究

为研究水利水电工程洞室群连接节点的火灾烟气蔓延特性,在某水电站地下洞室分岔型隧道开展全尺寸现场实验,通过分析各隧道区段温度分布、烟气层高度等参数并结合现场观测,研究烟气由分岔节点向连接隧道的扩散和沉降规律.结果 表明:分岔隧道火灾危险性受坡度结构和通风条件的影响,起火位置上风向隧道烟气温度稳定衰减且分层作用明显;下风向...