多火源状态下巷道烟气流动规律的数值模拟

为分析多火源对煤矿巷道火灾烟气流动的影响,以某矿一运输顺槽为研究对象,采用数值模拟软件FLUENT对单火源、双火源及三火源条件下巷道内烟气扩散过程与流动规律进行了数值模拟与分析,结果表明:多火源燃烧时火源之间存在强烈的相互作用,同时,火源之间的空气卷吸作用和热辐射反馈作用使得燃烧程度更为剧烈。     

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.     

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.     

深水半潜式支持平台火灾烟气蔓延规律

基于火灾动力学模拟软件中的数值计算方法对深水半潜式支持平台的火灾烟气蔓延规律开展研究.根据火灾布置最不利原则设计4类火灾工况;研究烟气沿楼梯向上蔓延能力的分布规律及其对温度、能见度、CO体积分数的极值在各层甲板楼梯口分布的影响;分析火源层高度对烟气充满甲板所需时间的分布规律及烟气蔓延路径的影响.研究结果表明:随着楼梯与火源之间距离的减小,烟气沿楼梯向上蔓延的能力增强;火源层以上甲板的最高温度及能见度达到临界条件的最短时间、最高CO体积分数均位于烟气向上蔓延能力强的楼梯口;随着火源层高度的增加,烟气充满火源层以上甲板所需时间有所减少,充满火源层以下甲板所需时间有所增加.研究结果可为火灾中人员的疏散路径规划及深水半潜式支持平台的消防设计优化提供一定的理论指导依据.     

城市地下长直隧道火灾近火源区长度确定

以城市地下长直交通隧道为研究对象,利用大涡模拟手段计算与火灾烟气扩散有关的近火源区长度,而该长度值是场—网复合模拟方法研究隧道火灾的关键因素。分别考虑了隧道断面尺寸、火源功率、火源热释放效率变化曲线对近火源区长度的影响。通过计算三种不同隧道尺寸和功率的工况下隧道截面的温差值以及温差变化率来确定烟气扩散的充分发展区域,从而确定近火源区长度,研究表明:对于30 MW范围内的t2超快速火,火源下游120 m距离即近火源区长度为240 m,烟气流动均已充分发展。近火源区长度值受隧道尺寸和火源功率的影响不大;对比Carvel提出火灾发展两阶段模型和t2超快速火模型的分析结果,火源发展规律是影响近火源区长度值的一个重要因素。     

单室火灾的燃烧特性

通过实验研究火源功率及单室的通风状况对单室室内火灾燃烧时的温度变化及分布、烟气流动特性及气体成分的变化影响。结果表明:在全封闭情况下,热烟气以垂直流动为主,且随着热烟气的流动,室内温度逐渐升高,O2浓度逐渐降低。边界层不稳定导致的火焰振荡使热烟气层的最高温度出现在距离单室顶部70～80 cm处。火源功率越大,室内温度升高越快,升温幅度越高,火焰脉动进一步加剧,火焰偏移越大。在单室通风口打开的情况下,热烟气以水平流动为主,室内O2浓度和CO浓度变化不大,而以通风口上沿为界,温度分布呈现明显的上下2层。     

巷道火灾火焰长度影响因素正交实验

为了得出火焰长度与火源热释放率、火源直径、可燃物扩散率之间的关系,在单因素实验的基础上,采用正交实验的方法研究了火焰长度主要影响因素与影响规律.结果表明:火灾过程中,火焰长度受火源热释放率、火源直径、风速以及局部阻力系数影响,并且火源热释放率的影响最大,火源直径的影响次之,风速和局部阻力系数的影响很小.该成果对巷道火灾的预防和控制具有指导意义.     

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。     

巷道火灾烟流滚退距离的理论研究

从因次分析的角度出发,获得反映巷道火灾时期烟流滚退距离变化规律的通用无因次表达式,该表达式包含火源热释放速率、巷道风速、巷道倾角等参数与无因次滚退距离之间的函数关系.分析了该表达式中各个参数与无因次滚退距离之间单调性,结果表明En与l呈单调递增关系,Fu与l和θ呈单调递减关系.研究结果为巷道火灾烟流滚退的模拟实验奠定了基础.图2,表1,参9.     

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.     

基于元胞自动机的井巷火灾仿真

提出了一种基于元胞自动机的井巷火灾可视化仿真方法.在矿井巷道可视化的基础上,通过对火灾元胞进行表征,综合考虑可燃物类型与投放密度、井巷通风、井巷坡度等因素对井巷火源引燃效果的影响及双扩散作用、井巷通风、浮力作用和节流作用等因素对火灾烟气蔓延效果的影响,采用概率函数进行元胞自动机建模,构建了表达元胞温度的井巷火源燃烧模型和表达元胞浓度的井巷火灾烟气蔓延模型.基于火源元胞燃烧演化规则和烟气元胞蔓延演化规则,通过可视化手段展示了井巷火灾火源燃烧和有害气体浓度的时空发展变化.同时以矿山实际数据进行检验,说明了基于元胞自动机的井巷火灾仿真的可行性与有效性.     

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。     

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。     

水帘柜对地下工程火灾的消烟降温性能分析

为研究地下工程火灾时内部消烟降温新技术,使用装置结构简单、清洁水利用效率高的改进型水帘柜对火灾烟气进行处理,通过设置水旋清洗段和吸附净化段以提高对烟气的消烟降温效果。运用相似准则建立小比例模型实验台,研究不同火源热释放速率下烟气经水帘柜处理后的温度变化、能量耗散和能见度变化。实验结果如下:火源热释放速率越大,水帘柜对烟气的降温效果越明显;烟气经水帘柜壁面散失的热量占主要部分;水帘柜对火场能见度提升具有显著效果,且能见度提升与火源的热释放速率呈负相关。     

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。     

基于Phoenics的教室火灾模拟研究

通过建立单间教室的内部模型,并依据实际设置火灾火源,应用Phoenics软件对教室内火灾引发的烟气流动进行了数值仿真分析。根据模拟数据,分析了教室发生火灾时的烟气传播方式、能见度变化以及温度的分布规律。结果表明:温度、能见度对人员疏散起决定性作用,烟气浓度对人员疏散影响不大;在火灾发生后180 s内,教室内的能见度在10 m以上,教室内部温度也低于60℃,而火灾发生180 s后,教室内的能见度开始降低,温度也开始升高,此时已经严重影响人员的疏散,教室内人员应在火灾发生后180 s内完成疏散;火灾发生过程中,对于同一高度不同测点的位置,距离火源越近,烟气浓度大,温度上升越快,教室前门的平均温度均高于后门,从温度上考虑,教室后门更有利于人员的疏散。     

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。     

通风环境下保温材料XPS的火灾特性

在0,0.6和1.2m/s机械通风条件下,实验研究不同火源距离和火源位置时挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)的火灾行为、引燃特性及烟气特性.结果表明,随着风速的增大,XPS表面火焰蔓延速度逐渐增大且较早出现结焦现象.通风风速和火源位置相同时,XPS引燃时间与火源距离近线性相关;火源位于垂直墙面位置时,风速从0.6m/s增加到1.2m/s,XPS最大引燃距离从0.2m缩短至0.15m.与其他工况相比,风速为0.6m/s时,烟气温度达最大值,且氧气、二氧化碳及一氧化碳浓度变化量最小,XPS燃烧速率随着风速的增加先增大后减小;当风速较小时,氧气浓度增加对XPS燃烧起主导促进作用;随着风速的进一步增加,其热效应对燃烧的抑制作用显著增强.     

水平隧道火灾临界风速的理论模型

从热物理学的角度,分析烟气不会发生逆流的临界条件,建立控制隧道火灾烟气蔓延的临界风速理论模型.并通过隧道列车火灾的缩尺寸模型试验和数值模拟计算对水平隧道火灾临界风速进行研究,确定理论模型中的待定系数.将理论预测值与Wu和Bakar模型的预测值进行对比研究.研究结果表明:由该模型计算得到的临界风速与试验测试值较吻合,验证了理论模型的可靠性;Wu和Bakar的模型对油池火灾临界风速的预测值偏低,本文所建立的理论模型不适合预测火源功率较高工况下的临界风速.     

地铁列车着火后在隧道内行驶的安全速度的实验研究

地铁列车着火后在隧道内行驶的安全性对隧道列车火灾的应急救援有非常重要的影响。列车着火后的行驶速度是决定其安全性的关键因素。由于客观原因,难以进行全尺寸试验,故在1:8的隧道模型内设置相同比例的列车模型,进行列车火灾模型实验。原型火灾热释放速率为0510 MW,在模型上加入经过相似变换的荷载,采用正庚烷为燃料,利用变频风机提供的流场模拟列车在隧道中运动的流场。通过测定在不同的行驶速度、着火部位及火源位置的条件下,风速与火灾热释放速率的关系、火焰扩展和烟气蔓延规律、列车周围的温度场以及火灾烟气逆流情况,研究并提出了着火列车在隧道内行驶的最佳速度,为隧道列车火灾的研究和防治提供了一定参考。