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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

环境参数对公路隧道火灾蔓延的实验研究

以象山隧道为研究对象,利用缩尺温度模型进行实验。研究环境温度、通风速度对隧道内的温度以及烟气蔓延的影响规律：隧道内汽车着火后,火源上方隧道顶部的温度上升幅度大,上、下游人眼特征高度处温度的上升幅度较小;通风对隧道内温度的影响很大,但不是风速越大,温度下降的越多,离火源距离越远,通风对温度影响越小;环境温度越低,烟气蔓延时间越短;火灾发生后,未开启风机时,烟气蔓延降至人眼特征高度处时间需350～415s,开启风机后,风速为2.4m/s和4.8m/s时,烟气达到人眼特征高度处的时间分别为25～40s和20～30s。在实验结果基础上给出建议,以便给监督管理部门对风速的调节和灭火救援及人员疏散提供参考。     

环境参数对公路隧道烟气蔓延影响的实验研究

以象山隧道为研究对象,利用缩尺温度模型进行实验,讨论环境温度、通风速度对隧道内的温度以及烟气蔓延的影响规律.研究表明:隧道内汽车着火后,火源上方隧道顶部的温度上升幅度大,上、下游人眼特征高度处温度的上升幅度较小;通风对隧道内温度的影响很大;环境温度越低,烟气蔓延时间越短.火灾发生后,未开启风机时,烟气蔓延降至人眼特征高度处时间需350~415 s;开启风机后,风速为2.4和4.8 m·s-1时,烟气达到人眼特征高度处的时间分别为25~40 s和20~30 s.     

超长高海拔公路隧道火灾烟流扩散及温度分布规律

天山胜利隧道全长22 km,是目前世界最长的在建高海拔高速公路隧道。采用FDS(fire dynamics simulator)软件火灾动力学计算模型模拟了不同通风条件下海拔高度2 850 m的天山胜利隧道火灾发展过程,明确了不同通风条件下天山胜利隧道内火灾烟流的扩散规律以及温度的时空分布规律,提出了主隧道烟气的控制标准。结果表明：(1)考虑天山胜利隧道车型比例、多车辆串燃以及高海拔环境等因素,确定天山胜利隧道火灾火源规模折减为22 MW;(2)当隧道不通风时,火源上方拱顶温度由于隧道坡度影响,具有明显先增大后衰减的趋势,相比于无坡度条件下,前者达到最高温度快,且最高温度低;(3)隧道内温度随着通风速度的增加和远离火源而降低,隧道内可视度随着远离火源先增加后减小、随着风速增加而增大;(4)随着风速增加,人眼特征高度处温度高于60℃、可视度低于10 m的范围逐渐减少;(5)主隧道坡度为1.367%对应的火灾控烟临界风速为4 m/s,横通道坡度为-7.5%时无通风条件下进本无烟气进入。     

地下车库射流诱导通风的数值模拟研究

针对地下车库诱导通风辅助排烟技术问题,利用数值模拟手段并结合现场实测结果对地下车库不同风机布置形式、风机出口风速火灾工况排烟效果进行研究,分析射流风速、风机的位置对车库内烟气温度分布和能见度的影响。研究结果表明,射流风机的风速大小和布置形式对排烟效果有重要影响,在工况3和工况5中,烟气能够向排烟口快速移动,并大幅度提高火源上游位置的能见度,降低火源附近区域的温度。工况3可作为该地下车库最佳辅助排烟方案。     

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.     

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.     

地铁站台不同排烟模式下的烟气流动数值模拟

地铁站台发生火灾时,不同排烟模式对烟气流动的影响十分显著。文中以西安某地铁站为对象,采用FDS火灾模拟软件,研究传统排烟方式与增加隧道风机辅助排烟方式的排烟效果。对比分析自然排烟、站台排烟、隧道风机辅助站台排烟3种模式在不同火源位置时的楼梯口风速、人眼特征高度处温度、能见度、CO浓度分布。结果表明,火源位于站台中央时,楼梯两侧均有烟气蔓延,相比站台排烟模式,采取隧道风机辅助站台排烟模式后,站台温度下降约16.7%,CO浓度下降40%,且无烟气蔓延至站厅层。     

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。     

排烟状态下隧道火灾温度及烟气流动实验研究

为研究不同火源位置和排烟风速对隧道火灾烟气蔓延的影响,以辽宁省海棠山隧道部分区段作为设计原型,建立1∶12缩比例试验平台,以温度、CO_2气体作为观测对象进行研究.并通过PyroSim软件模拟结合对比,分析了火源与排烟口所在直线与地面形成的倾角与排烟风速对火灾蔓延的影响.结果表明:当排烟风速达到0.45m/s时,对于18.95kW以下火源功率可以有效防止其烟气回流;烟气温度与CO_2体积质量随着排烟风速的增大峰值明显减小;风速越大,排烟效果越好;火源与排烟口所在直线与地面形成的倾角为45°时,排烟综合效果相对最好.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

耦合风扰作用下火源热烟羽受限扩散规律实验研究

通过分析庚烷油池火燃烧反应及燃烧参数,提出一个半经验模型用来预测20MW火灾强度对应隧道火源燃烧参数.针对3个风口非对称布置在火源两侧的特殊情况,根据密度修正弗诺德准则搭建1/14缩尺模型试验,以电加热空气模拟火源热烟羽.针对不同纵向风速、排烟量组合,详细测量隧道内温度场分布.试验结果表明,热烟气扩散受到两者的耦合影响,上游无风环境以及临界风速送风情况,均不能达到理想的控制效果.CFD数值模拟与试验结果相比,具有较好的一致性,可进一步拓展试验结果的参考范围.