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。     

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。     

气体协流水雾作用下层流预混火焰拉伸规律

在气体协流管式燃烧器研究的基础上,利用高速纹影系统对细水雾作用下层流预混火焰拉伸、熄火规律进行了实验研究,并分析了细水雾抑制气体预混火焰的条件.实验结果表明：火焰面拉伸规律与燃料浓度、气体流量以及水雾雾滴直径有关;对于大滴径协流水雾,水雾载荷比越小,火焰面拉伸现象越明显.     

化学气体灭火剂作用下甲烷射流火焰行为

在传统的消防救援中,针对天然气管道泄漏火灾往往采取细水雾等外部灭火的方式,但由于天然气管道泄漏所引发射流火的火焰高度高、热辐射量大,通过具有优异扩散和灭火性能的化学灭火气体以内部抑制燃烧的方式具有较大的研究价值。本文以甲烷射流火焰模拟天然气管道泄露火灾,研究了五氟乙烷对不同管径、不同流速甲烷射流火焰的抑制作用,并以哈龙1301作为对照组实验,解析了五氟乙烷加入后甲烷射流火的火焰形态、火焰高度、火焰温度的变 化特征,以探究五氟乙烷对天然气管道泄漏引起的射流火焰的抑制效应。研究表明：在一定范围内,燃气流量越大,发生甲烷射流火吹熄所需要的灭火剂浓度就越少;在五氟乙烷作用下,甲烷射流火焰熄灭前高度大于未通入灭火剂的火焰高度。在相同口径下,燃料的流量越大 ,所需的气体灭火剂浓度越少。该研究结果揭示了甲烷射流火焰在五氟乙烷作用下的变化趋势,为选择作用于射流火焰的高效清洁化学灭火气体提供了研究基础。     

隧道半刚性基层沥青路面沥青层疲劳开裂分析

为了研究隧道半刚性基层沥青路面沥青层疲劳开裂的影响因素,建立隧道半刚性基层沥青路面有限元模型,对隧道半刚性基层沥青路面沥青层疲劳开裂进行研究。研究结果表明:对于隧道半刚性基层沥青路面,由于沥青层内最大拉应变显著大于沥青层底拉应变,导致沥青层内的疲劳寿命远小于沥青层底的疲劳寿命;沥青层层底疲劳开裂寿命影响因素敏感性排序为:基层模量面层模量≈面层厚度基层厚度;隧道半刚性基层沥青路面基层模量越大、基层厚度越厚、沥青面层模量越小,对沥青面层疲劳开裂寿命越有利。     

水雾对典型壁面装饰材料火蔓延抑制作用的实验研究

对典型壁面装饰材料胶合板在水雾的作用下的火灾特性进行了研究.理论分析了水雾对火焰从控火作用到灭火作用的转变,以及影响控火作用的临界水雾施加量的因素.通过在ISO9705燃烧室内开展全尺寸实验研究了不同水雾流量对竖直火蔓延的控制效果的影响,并得到了水雾施加在火焰预热区时临界水雾施加率的大小.     

基于路面亮度曲线的公路隧道敞开式遮阳棚设计

公路隧道出入口常设置两侧敞开式遮阳棚以改善隧道接近段的亮度过渡和通风问题。本文基于不同太阳辐射角度和强度下的遮阳棚内路面亮度曲线的分析,研究了遮阳棚的侧向敞开高度、敞开位置以及顶棚玻璃透光率等设计参数对棚内路面亮度曲线的影响。结果表明：侧向敞开高度对遮阳棚内路面亮度曲线的影响最为显著,敞开高度越小,遮阳棚内平均路面亮度越小;当敞开高度一定时,通过调节敞开位置和改变顶棚玻璃透光率可进一步优化路面亮度曲线,使其更接近人眼视觉适应曲线。基于合理的参数化设计,本文对三种减光方式的敞开式遮阳棚进行了工程实例分析,这可为改进类似敞开式遮阳棚的减光设计提供指导。     

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。     

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...     

基于二氧化碳红外热成像的火焰起升高度分析

基于CO_2红外热成像方法拍摄了可控活化热氛围下的正庚烷液滴群预混射流火焰,测量了火焰起升高度,研究了热氛围协流温度、液滴群预混当量比、液滴群射流速度3个因素对起升高度的影响规律.结果表明:射流火焰起升高度主要受到化学着火延迟期控制,起升高度随着协流温度的升高而降低,但当协流温度足够高时,起升高度几乎不再变化;当量比增大会使物理着火延迟期缩短,从而使火焰起升高度降低;在相同的当量比下,如果协流温度较低,射流出口速度增加会提高火焰起升高度,而当协流温度高于某临界温度后,加大射流出口速度却会降低火焰起升高度.     

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。     

综合管廊电缆桥架火灾的温度场分布特性

针对综合管廊电缆火灾的危害性,建立截面尺寸为1:1的管廊模型,重点研究电缆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,并分别提出封堵侧和贯通侧的顶棚温度纵向衰减预测模型;对于火源功率较小的电缆桥架火灾,火...     

特长隧道压入式通风结合射流风机通风方案优化

为了降低隧道施工时产生的粉尘对施工人员身体健康的危害以及对施工机械的磨损,以新建中兰(中卫—兰州)铁路香山隧道DK052+415～DK054+500施工段为依托工程,对施工期间斜井段通风方案进行了优化。利用Fluent仿真模拟分析了施工段射流风机距隧道中线距离、射流风机风速、射流风机距挂布台车距离、射流风机高度对隧道除尘效果的影响,采用正交试验法研究了风机距挂布台车距离、风机距隧道中线距离及风机风速对除尘效果的影响程度,并对射流风机的布置方案进行了比选优化。结果表明：隧道中两台车处会出现粉尘浓度升高的现象,隧道中安装射流风机辅助通风可以降低两台车附近粉尘浓度;风管和射流风机布置在同侧时,风机的除尘能力会由于两者之间的摩擦而降低;风机风速对射流风机的除尘能力具有积极影响;风机距台车距离和风机高度均存在最优值,过大或者过小都会降低射流风机的除尘效果;射流风机最佳布置方案为风机距挂布台车35 m,风机距隧道中线2 m,风机高度2 m,风机风速40 m/s;极差分析法和方差分析法均表明射流风机除尘效果的最大影响因素为风机风速,各因素对两台车附近粉尘浓度影响的重要性顺序由大到小为风机风速、风机距...     

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.     

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...     

瓦斯隧道压入式通风风管漏风对瓦斯分布的影响

压入式通风风管漏风对瓦斯隧道施工中的瓦斯分布规律影响颇大。本文以何家坡高瓦斯隧道通风为工程背景,采用计算流体动力学软件Fluent模拟了风管漏风工况下的瓦斯隧道通风案例,分析了漏风面积与漏风位置对隧道瓦斯分布的影响规律。研究结果表明:①风管出风口的射流作用导致掌子面靠近风管一侧无瓦斯聚集,而掌子面与出风口之间的涡流作用导致该区域出现大量瓦斯聚集;②风管漏风面积越大,漏风处上游涡流强度和下游射流强度越大,因此上游瓦斯聚集程度与下游瓦斯稀释程度越明显,两者均随着漏风面积的增加呈线性增加;③风管漏风位置越靠近掌子面漏风处上游瓦斯聚集的程度越明显,瓦斯聚集的增量随轴向距离呈指数减小的关系,风管位置越远离掌子面漏风处下游瓦斯的稀释与扩散程度越显著,瓦斯浓度减小的程度随轴向距离呈指数增大的关系。本文研究结果可为瓦斯隧道施工中的瓦斯监测及传感器布置提供一定的理论借鉴。     

基于MATLAB图像处理的大缸径定容弹中甲烷/空气射流火焰传播特性

在带有预燃室的大缸径定容燃烧系统中进行甲烷/空气射流引燃主燃室内预混气体的实验研究.基于MATLAB软件平台编写火焰图像批处理算法,并通过该算法进行图像预处理进而获取特征参数;通过分析瞬时压力曲线以及高速摄影仪拍摄的火焰传播图像,研究甲烷/空气预混射流火焰的传播特性以及初始压力和过量空气系数等初始条件对射流火焰发展过程及火焰传播速度的影响.研究结果表明:位于预燃室中的火花塞偏置会造成主燃室内的引燃射流火焰的不均衡发展,且这种不均衡性在过量空气系数越小时愈发严重;射流火焰传播速率随初始压力和过量空气系数的增大而减小,并且当过量空气系数较小(λ=0.8)时,射流火焰对背压的变化较为敏感.     

夏季大空间热空气层对火灾烟流的影响

采用全尺寸实验和数值模拟两种方法对夏季大空间热空气层对火灾烟流的影响进行了研究.应用FDS4.07场模拟程序计算得到的夏季大空间火灾顶棚附近的温度变化与全尺寸的实验测得的结果符合得比较好.计算结果表明,在夏季大空间火灾中,顶棚附近温度的变化规律是先下降,热空气层消失时达到最低,之后再上升;此最低温度随着火源功率和热空气层厚度的增加而增加;热空气层消失的时间随火源功率的增加而减少;当火源功率比较大时,热空气层厚度的增加对热空气层消失的时间影响不是很大;当火源功率比较小时,热空气层消失的时间随热空气层厚度的增加而增加.对于大空间火灾的早期探测,推荐使用非接触式的火灾探测系统.     

上覆软弱路基加固对既有地铁隧道沉降的影响规律

为研究道路施工引起下方既有地铁隧道的沉降问题,在地铁隧道上方斜穿施工道路的基础上,进行了现场隧道沉降变形实测研究,分析了道路在路基注浆加固、路床和路面结构层施工阶段中地铁隧道的沉降曲线。建立地铁隧道-土体-道路模型对道路施工的注浆加固过程及路床和路面结构层施工进行模拟,通过比较地铁隧道沉降计算结果与现场实测值,验证了该精细化模型的准确性。基于此,分析了路床和路面结构层总施工厚度、道路土体性质、隧道下卧土层、隧道衬砌强度等关键参数对地铁隧道的沉降影响规律。结果表明：地铁隧道的沉降值与施工厚度呈正相关关系;道路的存在对隧道的沉降影响越小,其弹性模量和泊松比对地铁隧道沉降几乎没有影响;卧土层的弹性模量越大,土层越不易变形,且地铁隧道沉降越小;衬砌弹性模量增大对地铁隧道沉降影响反而越小。     

封闭空间油池火火焰振荡特性研究

在内尺寸为1m(长)×1m(宽)×0.75m(高)的无开口封闭空间进行了庚烷池火燃烧实验,重点研究了封闭空间内庚烷池火火焰的振荡行为特性,油池尺寸包括0.100,0.141,0.200和0.300m四种规格.实验发现,火焰根部面积的变化频率与火焰高度的振荡频率相等,在此基础提出了采用火焰根部面积的变化频率求取火焰振荡频率的方法,并应用于具有顶棚射流的封闭空间池火火焰振荡频率的确定.研究结果表明,在燃烧过程中油池火焰振荡频率波动较小,火焰振荡频率小于开放空间经验公式预测值,火焰振荡频率与油池直径的关系拟合结果为f=1.33D-0.5,且对无量纲关系式St=0.26Fr-0.532符合较好.