公路隧道通风临界风速模拟研究

随着公路隧道向长大方向的发展,隧道内的行车速度和密度加大,隧道中的车辆因互相撞击、货物的自燃等原因引起隧道火灾事故的几率有增加的趋势.而风速对隧道中的火灾影响巨大.本文运用FDS软件,分别选择中小型火灾(火源功率为3MW和20MW),对隧道的临界风速进行数值模拟,刻划了其纵向通风时临界风速的分布情况.模拟结果表明对中小型火灾,在临界风速下可以有效地抑止烟气的回流,为上游人员的撤离创造良好的条件;而下游则应该尽快疏导交通,以减少烟气扩散对下游的疏散的影响.临界风速的设置也有利于保护隧道结构.     

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...     

V形坡度对地铁隧道火灾临界风速的影响

由于穿越隧道、燃气管线和地质条件的工程需要,部分地铁隧道是V形坡度隧道。V形坡度隧道的烟囱效应会增加地铁隧道火灾烟气控制的复杂性和困难。该文采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究V形隧道夹角和高差对地铁隧道火灾临界风速和烟气返流长度的影响。研究结果表明,坡度隧道的隧道夹角对地铁隧道火灾临界风速有较大影响,隧道火灾临界风速随着上坡隧道夹角增大而变小,隧道火灾临界风速随着下坡隧道夹角增大而变大;V形坡度隧道自然通风竞争效应会对地铁隧道火灾临界风速有较大影响,隧道火灾临界风速随着上坡隧道高差的增大而变小,隧道火灾临界风速随着上坡隧道夹角的增大而变小。该文的研究结果可以为V形坡度隧道通风防排烟系统设计过程中的火灾临界风速取值提供理论参考和依据。     

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。     

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.     

顶部多点竖向排烟下地铁隧道烟气控制研究

通过在某带有独立通风隧道的地铁区间隧道开展0.25～1.25 MW规模的现场火灾实验,对烟气温度分布进行分析,利用火灾动力学模拟工具(fire dynamics simulator, FDS)建立对应实际尺寸的数值模拟隧道模型,展开抑制下游烟气蔓延的通风隧道临界排风量以及排烟效率的研究。对于横向水平中心线温度,火源相对于排烟口的位置对火源附近温度升高区域的范围基本无影响。在地铁隧道内设置进风量可抑制烟气逆流,但同时会造成下游烟气失稳,排烟口无法完全排出高温烟气。对于在不同排风量及火源功率(heat release rate, HRR)的情况下,排烟效率先增大后保持不变;当排风量达到一定值,即等于临界排风量时,排烟口能够完全排出高温烟气,排烟口排烟效率为1,临界值与HRR相关。计算出临界Fr约2.7,略高于此前的研究。得到HRR的经验公式,排烟效率与无量纲HRR和无量纲风速的相关性呈现分段函数关系。     

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。     

隧道纵坡对烟气逆流层长度的影响研究

基于纵坡坡度对隧道火灾烟气逆流层长度影响的重要性,本文以某实际隧道工程为研究对象,借助FDS5.0软件对不同坡度时该隧道火灾烟气逆流层长度进行数值模拟研究。从其他文献中总结出烟气逆流层长度随坡度和通风风速变化的规律。根据数值模拟数据分析拟合出新的坡度隧道临界风速的坡度修正公式,该公式完全满足关于逆流层长度受纵坡影响的规律,并较已知经验公式更好地与试验数据相符合,能更好地指导设计人员对隧道纵坡的选取。     

某多匝道城市地下道路纵向排烟系统运行优化

为研究多出入匝道的存在对隧道纵向排烟系统效率的影响,采用通风网络对某多匝道城市地下道路分段纵向排烟系统的烟气控制效果进行了模拟分析,得到了不同火灾场景中风机运行的最佳策略。结果表明,对于该城市地下道路而言,火灾发生时各段排烟风机不必全部运行即可达到所要求的临界风速值,火源段下游竖井附近风机需逆转运行才能防止竖井上游烟气向下游扩散,从而提高其排烟效率;若主线隧道发生火灾,匝道风机最好停止运行,以帮助主线隧道达到较好得控烟效果。     

地铁区间隧道的烟气逆流长度与临界风速

采用因次分析方法推导了地铁区间隧道火灾烟气逆流长度的无因次表达式;以重庆地铁6号线为例,开展了区间隧道形状的调查,选择了9种不同断面形式的区间隧道,采用FDS5.5模拟计算了隧道火灾烟气运动状况,进而提出了烟气逆流长度和临界风速的预测模型,并进一步建立了几何比例尺为1∶10的地铁区间隧道模型实验台来开展小尺寸试验研究.结果表明:文中提出的烟气逆流长度和临界风速的预测模型的模拟结果与小尺寸试验结果吻合较好;相比于文中提出的临界风速预测模型的预测结果,现有的预测模型预测的临界风速偏小.     

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.     

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。     

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.     

顶棚烟道对隧道火灾烟流蔓延作用的数值分析

为了解发生火灾后,顶棚设有烟道的隧道结构对人员逃生是否有利,采用火灾动力学数值模拟软件FDS,对热释放速率为20MW的中等火灾规模进行模拟,着重分析了烟道设置以及烟道口处排风风速变化时的烟气蔓延和温度分布情况.结果表明:在现有的隧道顶部加烟道将提高整个隧道顶部的烟气浓度,内侧烟气浓度从40mg/m3提高到120mg/m3,外侧提高到100mg/m3;烟道口处设排风可加速烟气进入烟道,使得离火灾发生位置最近的两个烟道口外侧的烟气浓度和温度大大降低,提高了人员逃生的安全系数;当排风风速为2.5m/s时,300s后排风口外侧的CO含量开始趋于常数且低于13×10-6(体积分数),该浓度下人员可顺利逃生,同时可使得火灾发生时消防人员可从上、下游两个方向对火灾进行扑救;该种隧道结构下发生火灾时必须保证只有2个烟道口处于开启状态.     

不同集中排烟量对隧道火灾烟气控制效果的影响

 以钱江水下盾构隧道为研究对象,采用FDS 5.0对双向均衡排烟模式和50MW火灾规模下、10个不同集中排烟量对隧道火灾烟气控制效果的影响进行模拟计算。对比分析不同集中排烟量下,隧道内排烟阀处竖向排烟风速、排烟阀及排烟风机口处温度、排烟效率、行车道2m高度处能见度、烟气蔓延范围的变化情况。模拟分析表明,集中排烟量对排烟效果影响很大。当排烟量为190m³/s时,可达到较好的隧道火灾烟气控制效果。     

基于FDS的公路隧道火灾仿真

本文中以一实际公路隧道为研究对象,当隧道发生中型规模火灾且纵向通风风速为临界风速时,使用FDS软件对隧道内的温度场、烟气浓度场及能见度的分布进行了大量的数值模拟分析研究。得出了隧道各断面的温度、CO浓度及能见度的分布规律,给出了几项改善人员逃生的措施。本文的研究结果对制定长大公路隧道火灾应急预案提供了重要的技术支持。     

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。     

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。     

地铁隧道火灾事故通风方式数值模拟

为了有效解决地铁隧道火灾时期烟气流动及其毒性分布对人员疏散的影响问题,以天津地铁区间隧道为研究对象,针对火灾列车停留在隧道中部的火灾工况,利用FLUENT软件,采用简化的PDF燃烧模型、浮力修正的k-ε湍流模型和P-1辐射模型,对不同事故通风方式下隧道内烟气进行数值模拟,并根据烟气的"边界层吸附效应"原理,论证模拟效果。结果表明:不同通风方式对隧道烟气蔓延范围、温度及毒性分布的影响较大;10MW火灾规模时,地铁隧道采用开放式推迟加压的通风方式能够在有效引导烟气流动的同时,为人员提供更充裕的疏散时间。该研究成果对地铁隧道火灾时期通风排烟的有效组织和人员安全疏散具有一定参考价值和指导意义。     

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。