受限空间内小尺度油池火行为实验

为分析受限空间内燃油火灾特性,通过设计并搭建受限空间小尺度油池火行为实验平台,选择三种典型液体燃料(正庚烷、环己烷、航空煤油)开展燃烧试验,测量并分析火焰温度、烟气温度及燃料燃烧生成的烟气成分浓度等变化规律.结果 表明:油池火最高温度超过700℃,烟气温度变化曲线满足高斯分布;由温度变化曲线将燃烧分为发展—稳定—熄灭3个阶段,发展期占比均接近9.8％,且温度变化率最高达到22.0℃/s;在253 s左右,三种燃料燃烧过程中O2、CO2与CO浓度变化曲线到达最高点;在熄灭期,三种燃料火焰温度变化曲线满足反比例函数分布.可见,结合火羽流温度以及烟气成分浓度变化可判断火灾处于何种阶段以及燃烧物种类,从而为提高火灾预警准确率提供数据支撑.     

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.     

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...     

稳定线性热分层环境下火灾烟气羽流=积分解及实验分析

对稳定线性热分层环境下湍浮力羽流无量纲积分方程首次采用数值解法进行求解，得出浮力通量、动量通量等参量在轴线上的变化规律以及羽流中性浮力点的高度和羽流最大上升高度。2种不同尺度空间及不同烟气羽流出口条件的实验表明，实际火灾烟气羽流最大上升高度与理论计算结果及文献经验公式相符，从而表明积分模型数值解的有效性，并为高大空间火灾烟气输运规律研究及探测技术发展提供了理论及实验依据。     

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.     

排烟量和送风比对地下街烟气控制的模拟研究

以淮南市某地下商业街其中一防火分区为研究对象,采用模拟软件FDS进行了火灾烟气控制的数值模拟,对顶棚机械排烟条件下,排烟量和送风比对室内火灾烟气有效控制的影响进行了研究,模拟分析结果表明,在顶棚机械排烟时,排烟量对室内烟气控制的影响较大。当排烟量为115m3/（m2·h）时,可以达到很好的烟气控制效果,送风比对此的影响较小;当排烟量和送风比过大时,使室内烟气紊流加剧,火场情况混乱。研究结果为此类狭长型地下建筑火灾的控制和人员疏散提供参考。     

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。     

长通道内烟气层水平蔓延阶段的质量卷吸速率实验研究

根据卷吸机理不同,可将通道内烟气蔓延过程分为四个不同阶段.通过模拟尺寸实验,测量了烟气层温度、厚度以及典型截面处的烟气流动速度,确定了不同蔓延阶段的起止位置,并重点计算了火羽流撞击顶棚后的径向蔓延阶段以及随后向一维水平蔓延的过渡阶段烟气层分界面处的质量卷吸速率.通过对实验结果的分析,给出了这两个阶段烟气层卷吸速率的经验关系式.     

高密度人员空间分布对地铁火灾烟气扩散的影响

地铁大规模人员空间分布对内部流场影响的研究较少,为了研究人员空间分布对地铁火灾内部流场变化以及烟气蔓延的影响,利用火灾动力学模拟软件(FDS)对4种人员分布工况进行站台火灾模拟。结果表明:无人工况下,烟气大范围蔓延并迅速沉降至地面;而高密度人员分布时,从楼梯口补入的空气量减少,影响了烟气羽流对冷空气的卷吸,导致烟气生成速率降低,人员分布最密集工况下烟气层厚度减小1.8 m,同时,高密度人员分布对楼梯口补风气流流速和流向的改变,也影响了整个站台层压力场的分布,利于烟气自然分层。     

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...     

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...     

单室火灾烟气运动的双层区域模拟

室内火灾双层区域模拟中需考虑到压力的变化,利用热力学第一定律推导了室内气体参数随时间变化的常微分控制方程组.该方程组刚性,可采用吉尔算法求解.在选用Heskestad羽流公式的基础上,计算了某单室火灾在房间平面面积与机械排烟量分别为49m2,0.3m3/s;49m2,0.4m3/s;100m2,0.3m3/s;100m2,0.4m3/s四种工况下室内与室外压差、烟层高度、上层烟气温度、下层空气温度随时间的变化规律.结果显示:室外压差随时间变化迅速;Heskestad与Mcaffrey羽流模型在算例中具有较好相似性;烟层的下降与上层烟气温度的升高较多地受到房间平面面积的影响,而受顶部排烟量的影响较少.     

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.     

高层旅馆建筑火灾烟气扩散规律探讨

分析得出火灾产生烟气的速率较关闭门窗的渗漏空气量大得多 ;分析了影响火灾烟气扩散的各种压力作用机理 ,特别提出了燃烧过程好象一台不断运转的小型“风机” ,燃烧过程产生的浮力和膨胀力为高温烟气沿顶棚扩散、沿外窗外逸提供动力 ,并指出火风压不能简单的用空气柱重量差计算 ;利用流体力学能量方程理论 ,分析了 5种情况火灾房间的压力变化和火灾烟气泄出的情形 ;得出了火灾烟气可能出现的扩散形式 .图 4,表 3,参 8     

基于不规则顶棚假设的顶部开口舱室烟气填充时间预测模型

基于不规则顶棚假设,建立了一种适用于顶部开口舱室火灾烟气填充时间的预测模型.通过与3.0m(长)×3.0m(宽)×1.95m(高)顶部开口舱室油池火实验进行对比,考察了火源直径为0.10,0.14,0.20和0.30m,顶部开口面积为0.01,0.04,0.09,0.14,0.25和0.32m2情况下模型预测结果与实验测量结果(测温法和消光法)间的相似关系.结果表明,模型预测结果与实验测量结果表现出良好的一致性.     

基于BIM-CFD的变压器防火墙火灾性能化设计

为了研究不同火源条件下变压器火灾的动力学过程以及防火墙对火灾的控制作用,根据已有的变压器火灾实验资料,结合建筑信息模型(Building Information Modelling,BIM),采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法验证和分析了双火源、总热释放速率为15MW条件下,火灾烟气蔓延、温度分布变化及防火墙的防火功能.结果表明:McCaffrey经验公式计算火灾烟气浮力羽流区温度的精度较高;有无纵向水平风及防火墙对着火变压器相邻的变压器均具有保护作用,但会使得着火变压器上方的电缆所处区域温度升高,需验证电缆的耐火性能.研究结果对深入掌握变压器火灾动力学发展规律及防火墙的优化设计有重要作用,对装配式变电站的安全运营具有参考价值.     

地下商业街火灾时期人员疏散安全性研究

以地下商业街为对象,研究不同工况下人员疏散的安全条件。采用火灾模拟软件FDS建立火灾模型,模拟并分析了3种工况下火灾烟气能见度、温度及CO浓度的不同变化,得出不同工况下的火场危险时间,并对人员疏散进行了理论计算。得出,机械排烟和水喷淋系统对火灾烟气控制效果不同,排烟和喷淋系统同时作用下效果最好,能够保证人员安全疏散所必需的时间,可以作为火灾扑救和人员疏散的指导。     

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。     

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.     

舰艇防火分区内火灾蔓延数值模拟

为了建立多舱室间烟气蔓延模型,计算舰艇防火分区内各舱室的火灾烟气温度、高度随时间的变化,并用计算结果指导舰艇防火决策.首先假设防火分区内起火舱室的烟气沉降符合双层区域模型,而烟气经过通风口蔓延到相邻舱室时没有卷吸现象发生;然后运用质量、能量守恒和气体状态方程建立防火分区内多舱室烟气蔓延模型.应用该模型对某舰艇防火分区的按照t2发展的火灾场景进行计算,计算结果比美国的CFAST软件计算的结果略高出10%,主要原因是CFAST中考虑了下层冷空气温度变化.