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...     

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.     

大空间结构各种火灾场景下的温度场分布

大空间建筑近年来在中国得到了迅速的发展,其防火设计研究工作也日趋受到人们重视。利用流体动力学计算软件FLUENT对大空间建筑中的不同火灾场景进行了数值模拟,着重分析了单个火源位于底面不同位置处以及2个火源同时存在时模型壁面温度场的分布。此外,由于防烟分区和排烟系统等的设置对大空间建筑火灾下的温度分布有较大影响,还对在考虑防排烟装置情况下的结构温度场变化进行了计算与对比。研究结果表明:当火源距离空间壁面较近时,温度沿高度方向梯度很大,沿高度方向不能近似为等温处理;在2个火源同时存在的情况下,不宜将各火源功率直接相加后用单个火源计算结果作为实际温度场的分布,应考虑各火源的相对功率和相对位置的影响。     

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.     

防护工程火灾烟气分布特性模型实验

为讨论防护工程火灾时烟气分布特性,根据相似原理搭建了模型与实体比例为1∶4的模型实验台,进行了6个工况的模型实验,分析了火源单室内烟气温度分布规律以及烟气层高度特性,并对走廊内烟气顶棚最高温度及纵向衰减遵循的规律进行了研究。结果表明,火源单室水平方向温度分布不均匀,竖直方向温度分布可用"三区域"描述;与普通单室"双区域"模型不同,分段线性法比较适合于火源单室内烟气层高度计算;Alpert模型更适用于防护工程密闭防火分区走廊顶棚最高温度的预测,走廊内无量纲温度符合幂指数衰减规律。     

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。     

套室内扩散燃烧火灾的三维数值模拟

采用非稳态湍流模型和湍流与化学反应相互作用的涡耗散燃烧模型,对套室内扩散燃烧的火灾进行了三维空间数值模拟.给控制方程添加不同源项以反映化学反应净产生速率对流场的影响,采用交错网格有限容积法将计算区域进行离散,用SIM-PLE算法求解离散控制方程.通过对套间内3种不同释热率情况下火灾的数值模拟,研究了套间内火灾发展、烟气温度分布和燃烧产物浓度分布规律.研究表明火源释热率的大小对烟气温度场的影响较大,对燃烧产物CO2浓度场的影响不很明显.释热率较小时,较短时间内仍能产生大量的烟气;释热率较大时,烟气层迅速形成,温度上升程度更为剧烈.此研究结果对于准确预测套室内火灾传播规律、有效阻止套室内烟气扩散和设计合理的排烟结构有一定的指导意义.图8,参12.     

着火列车在隧道内行驶的烟气温度特性研究

地铁隧道火灾中,以列车着火的可能性较大,着火后的应急处置办法是尽量带火运行到前方车站.依据1/8缩尺模型实验结果,利用计算流体力学STAR-CD软件的动网格功能,通过求解N-S方程,对列车着火后继续向前行驶的过程中的流场特性进行了研究,分析了不同列车行驶速度和火源热释放速率对隧道内温度分布的影响,得到列车携带火源在隧道内行驶时烟气温度的分布规律和列车行驶速度对烟气温度场特性的影响.结果表明:在着火列车继续向前行驶的过程中,隧道顶棚处温度最高,沿隧道高度向下逐渐降低,且烟气没有扩散至隧道高度2 m以下的范围;列车行驶速度越大,隧道两侧的烟气扩散的速度越快,蔓延的范围也越大;若车内的人员保持在1.375 m高度以下,可以保证生命安全.研究结果对于地铁列车着火后继续在隧道中行驶时的安全研究具有一定的参考作用.     

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.     

墙角火灾环境下钢构件温度分布及响应行为的实验研究

利用ISO9705标准火灾实验系统，模拟墙角火灾环境，以薄壁方管钢梁为研究对象，对钢构件在热、力耦合作用下的行为进行实验研究。对火灾的热释放速率与室内温度场，钢构件及其表面气体的温度、构件在火灾作用下的挠度进行测量，分析真实火灾下钢构件温升及温度分布的特点与火灾发展对构件挠度的影响。研究结果表明钢构件在长向上存在着很大的温差，而构件的挠度变化也并不对称，这说明以往研究中往往假设钢构件在长向上温度一致并不恰当，这种非均匀温度场对构件的行为有着重要影响，它使得构件高温区部分更易发生局部屈服而失效，在相同规模的     

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.     

高层建筑火灾时烟气温度扩散的数值模拟

分析了高层建筑火灾期间疏散通道内烟气温度场分布的变化规律.通过建立热平衡差分方程,分析烟气与建筑物墙体的传热过程;建立烟气与空气混合的数学模型,分析烟气在高层建筑横向通道内的扩散过程.通过算例分析了烟气温度与扩散时间和疏散通道长度的变化规律,在烟气扩散过程中烟气温度变化受火源烟气发生量的影响较大,而受建筑墙体与烟气热交换的影响较小.     

单面受火的矩形钢管混凝土柱截面温度场分析

运用有限元分析软件ANSYS建立了单面火灾作用下矩形钢管混凝土柱截面温度场计算模型,并将计算结果与以往试验结果进行对比,理论分析结果与试验结果吻合良好.在此基础上,对单面火灾和四面火灾作用下矩形钢管混凝土柱截面温度分布形式进行了对比分析,分析表明,单面火灾作用下,矩形钢管混凝土柱截面温度整体较低,材料损伤程度较轻,因而有利于提高构件的抗火性能.但截面温度分布呈单轴对称,产生初始挠度与附加偏心距,明显区别于四面火灾作用下构件的耐火性能.在工程常用范围内,分析了升温时间、含钢率、截面宽度、高宽比、保护层种类及厚度等参数对矩形钢管混凝土截面温度场的影响规律.结果表明:升温时间、截面宽度、保护层种类及厚度对矩形钢管混凝土温度场影响较大.温度场研究结果为单面火灾作用下矩形钢管混凝土柱耐火性能分析和抗火设计提供了理论基础.     

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。     

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...     

纵向风条件下障碍物对矿井巷道火灾烟气流动的影响

为了研究障碍物对矿井巷道火灾烟气流动的影响,采用火灾模拟软件FDS考察了离火源不同位置的障碍物对巷道火灾烟气流动和温度场的影响。结果表明:与空旷巷道相比,有障碍物存在的巷道烟气逆流的距离增加,障碍物位于火源上游离火源的距离越近,烟气逆流的距离越远;障碍物处于火源上游,热烟气会在障碍物与火源之间聚集,随着障碍物与火源之间距离增加,热烟气沉积的距离随之增加;有障碍物存在的巷道,高温区分布在火源与障碍物之间,巷道顶棚处烟气的温度高于空旷巷道。     

火灾下钢梁瞬态温度分布数值模拟及实验

结合真实火灾热环境的特点,建立火灾下钢梁构件的传热数学模型;利用有限容积法与全隐式差分格式对钢梁构件的温度响应行为进行数值模拟研究,并利用ISO9705标准火灾实验系统,在3.6 m×2.4 m×2.4 m (长×宽×高)实验间内对钢梁构件在壁面火(燃料是壁面厚度为15 mm的木工板)与油盘火(燃料是纯度为95%的乙醇)热环境作用下的温度响应过程进行实验验证.研究结果表明:自然火灾中,烟气含有大量炭颗粒,热烟气的辐射能力大大增强;钢梁构件的温升及温度分布主要由其表面的热烟气温度决定;火灾对钢构件的辐射传热项修正系数γ可取1.0;数值模拟结果与实验结果较吻合,所采用的数值模拟方法可用于钢构件的温度响应预测及力学行为的进一步研究.     

火灾时围护结构非稳态温度场的动态特性

为了研究火灾时建筑物围护结构的温度,运用BFD模化模型,模拟计算了室内建筑火灾烟气温度与时间的变化关系,并讨论了长宽比、有效通风口高度等对室内火灾过程的影响.在上述火灾模拟的基础上,根据烟气与围护结构之间的换热情况,建立了围护结构非稳态传热模型.采用分界面衔接条件,并结合有限差分方法,提出了一种建筑构件中心点温度场的计算方法.随后,取时间步长为1 s,计算时间为50min,分别计算了两种围护结构内部温度场随时间和位置的变化规律.计算时,火灾增长时间tg为150 s,衰减时间td为600 s,所选取的火灾为经历了生长阶段、轰然阶段、充分发展阶段和衰减阶段的全过程燃烧.模拟得到的加气混凝土和钢筋混凝土构件内部温度场变化规律与实验结果基本符合.     

基于局部火灾情况下冷弯薄壁型钢货架立柱稳定性研究

为研究冷弯薄壁型钢异型截面货架立柱在局部火灾下的轴压性能,以欧洲规范EN 1991-1-2和EN 1993-1-2为基础,采用有限元分析软件ABAQUS模拟火源在构件底部时的温度场,并对局部火灾情况下冷弯薄壁型钢货架立柱进行轴压稳定性分析。首先通过现有试验结果验证了有限元分析模型的准确性,随后对不同截面、不同长度和不同厚度的货架立柱在不同温度作用下的轴压性能进行数值分析,并在温度场分析模型中考虑了火焰长度、火焰直径和热释放率等3个因素的影响。结果表明:货架立柱的长度和温度对其轴压承载力有较大影响;在局部火灾情况下,货架立柱温度沿长度方向呈现梯度分布,并且这种温度梯度对货架立柱破坏模式有着重要影响。最后,基于数值参数分析结果,给出了冷弯薄壁型钢货架立柱在局部火灾(800℃)情况下适用于整体屈曲的直接强度法(DSM)设计曲线。     

独头隧道火灾全尺寸实验研究

随着中国地下空间工程建设速度加快,在施工过程中存在的独头隧道数量逐年增加。为研究地铁施工阶段形成的独头隧道中发生火灾时的烟气蔓延特性,在某地铁隧道施工区间开展全尺寸现场火灾实验,通过分析隧道整体温度分布、风速分布、烟气层高度等参数并结合现场观测,研究烟气在独头隧道内的扩散和沉降规律。结果表明：在自然通风条件下,烟气向隧道封闭端方向扩散速度慢于向连通端方向扩散速度,扩散速度差异随火源距封闭端距离增加而减少。连通端方向的顶棚烟气温度衰减速率慢于封闭端。烟气在连通端的分布基本符合指数衰减模型,而在封闭端产生明显的蓄积现象,形成一段烟气层高度低至1.5 m以下的危险区间,为烟气控制和火灾应急中的重点区域。