纵向风作用下竖井自然排烟对隧道内烟气逆流长度的影响

为了研究纵向风作用下隧道内竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响,采用数值模拟的方法,建立了不同竖井高度的全尺寸隧道模型。并选取无竖井排烟的工况作为对照组,模拟不同火源功率下,改变竖井与火源纵向距离时竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响和竖井排烟失效临界风速的变化。结果表明:当纵向风风速较小时,竖井对烟气逆流起抑制作用;随着风速增大,烟气逆流被控制在竖井近域范围内,竖井对烟气逆流的抑制作用减弱;当风速足够大时,烟气逆流将被完全限制在竖井下游,此时竖井排烟作用失效,且对纵向通风气流起到分流作用,烟气逆流长度反而变长。在此基础上,提出了竖井排烟失效临界风速的概念,竖井排烟失效临界风速随竖井高度增加而增大。     

基于FDS的公路隧道火灾通风环境研究

隧道发生火灾时,研究隧道内的烟气蔓延特性,选择合适的纵向风速,确定最佳的通风控烟方案,具有重要的研究价值。利用计算流体力学数值模拟技术,选用FDS软件以秦岭Ⅰ号隧道(上行线)为对象建立局部隧道模型,模拟最大热释放率为30 MW的火灾,设计4种不同工况进行模拟计算。模拟了不同纵向风状态下的隧道火灾,观测烟气扩散规律,确定临界风速为3. 6 m/s;在无纵向风、较小纵向风和临界风速状态下,分析了隧道内温度场和烟气场的变化规律,得出其对人员疏散和火灾救援的影响;在通风井通风排烟模式下,模拟了排风道在不同风速状态下的排烟效果,确定最佳排烟风速为4. 6 m/s;射流风机开启前,隧道内风速的大小和方向对隧道内火灾温度场和烟气场的影响很小。给出了适用于秦岭Ⅰ号隧道(上行线)各工况的通风控制策略,也可为同类型特长隧道的火灾通风设计提供参考。     

障碍物对隧道火灾中竖井自然排烟效果的影响*

为研究障碍物对隧道火灾中竖井自然排烟效果的影响,利用数值模拟方法分析不同的纵向风速和隧道内障碍物所处的不同位置对隧道及竖井内温度场、流场结构的影响,并根据模拟结果计算竖井排出热量。结果表明:随着火源与障碍物纵向距离的改变,在近火源区域,竖井后方会发生吸穿现象;在中间区域,障碍物后方发生边界层分离,烟气层变厚;在近竖井区域,竖井和负压区的耦合作用使烟气层变薄;排出热量随着纵向风速的增大先增加后减少,临界风速为1.5 m/s。     

隧道坡度对临界风速影响的数值研究

临界风速即隧道火灾过程中能有效控制烟气于火源下风方向而不发生逆流的最小纵向通风风速,是隧道火灾烟气控制的关键所在.根据国内外的研究结果,临界风速与火灾规模、隧道规模以及断面形状等因素有关.在坡度隧道中,由于坡度的作用,使得坡度隧道临界风速与水平隧道有着一定的差别.利用火灾动力学模拟软件(FDS)对隧道坡度在0°～10°变化时上坡隧道与下坡隧道所对应的隧道临界风速进行数值模拟分析,研究分析了隧道坡度对隧道临界风速的影响规律.     

南京长江隧道火灾数值模拟

以南京长江隧道为研究背景,运用火灾动力学模拟软件PYROSIM建立实体物理模型,并将空间划分为0.1 ×0.1 ×0.1m3的网格,对南京长江隧道火灾过程中的纵向通风进行模拟计算.定量分析了不同通风速率条件下火灾及烟气蔓延的规律,并得到隧道拱顶附近温度和烟气分布状况.模拟结果显示较小风速下烟气会产生回流,但随着风速增大烟气扩散速率随之加快,通过对3种不同风速的分析比较,选择3.0m/s纵向通风作为临界风速.进一步结合南京长江隧道现有的消防设施及应急救援系统,分析该临界风速下烟气温度对隧道结构和毒害气体对人员疏散救援的影响.结果显示此临界风速下隧道结构安全,且在疏散及时、救援有效的基础上,基本能保证人员疏散安全.     

铁路隧道火灾拱顶附近最高温度预测模型研究

隧道拱顶下方最高温度是结构防火设计中的一个重要参数,对不同火灾工况下隧道拱顶附近最高温度的变化规律进行数值模拟研究。对比分析网格尺寸对火灾模拟结果的影响,结果显示当网格尺寸为0.1D*时模拟结果比较准确。分析了不同纵向通风风速、不同火源热释放速率及不同火源面到拱顶距离的情况下Kurioka最高温度模型的有效性,得出Kurioka最高温度模型在通风风速较小或不通风情况下是失效的。最后,对模型进行修正,给出一个具有广泛应用的隧道拱顶附近最高温度预测模型。     

地下石油储备库施工期巷道式网络通风方案选择

大型地下洞库群施工期主要采用压入式通风或增设通风竖井来解决通风问题,但受施工通道尺寸限制无法增大风管供风,结果会导致通风恶化;竖井往往依靠经验或场地情况在洞库埋深较浅的位置设置,容易出现风网混乱、通风短路等问题。依托锦州地下石油储备工程,提出了适用于不同洞内外温差的竖井进风及排风方案,解决了施工中需要的通风量大、工作面多、污染量大等诸多问题。并基于CFD数值仿真,分析了洞库内CO及风速分布规律。结果表明,竖井进风及排风方案通风10 min后,洞库施工作业区域的CO质量浓度已基本降至安全质量浓度(30 mg/m~3)以下,能够满足安全快速施工的要求。由于竖井排风方案污风运移路径短,且在竖井自然排风及机械通风共同作用下,污风能够快速排出洞外,通风20 min后整个洞库的CO质量浓度基本降至安全质量浓度。若通风线路不超过2 km,则可采用在竖井底部/顶部布置轴流风机、引入新鲜风、洞内不布置射流风机或在风流转向处辅以射流风机的方式。合理有效地将新鲜风流引入主洞室是实施该竖井进风方案的关键所在,竖井底部的轴流风机布置位在距离竖井5 m的洞库中轴线上,其引流效率最高。温差越大,竖井自然通风效果相对越好,冬季利用竖井排风的通风效果要好于夏季利用竖井进风的通风方式。     

室外风作用下竖井结构内火灾烟气运动规律研究

室外风是影响高层（超高层）建筑火灾蔓延的主要因素。通过数值模拟六个不同火灾场景温度场、能见度及CO浓度场变化过程,定量总结了不同风向、风速条件下侧向全开竖井结构内烟气运动规律。模拟结果发现,迎面风作用下,竖井内会产生较高滞止压力,中性面位置上升,上部烟气加速向竖井下部蔓延,下部烟气通过开口排出;背面风作用下,中性面位置...     

钻爆法施工隧道炮烟运移规律数值模拟研究

为了提高钻爆法施工隧道炮烟排烟效率，改善隧道施工环境，以平顶山隧道某一段爆破施工过程为原型，基于质量守恒定律、Fick定律及Boussineg假设，运用计算流体力学软件FLUENT建立压入式通风条件下组分运输模型，分析风筒口至掌子面的距离及风筒入口风速对隧道内风流流场及炮烟浓度分布规律的影响。结果表明:风筒口至掌子面40 m，入口风速为20 m/s，通风时长为18.5 min时，隧道内风流分布稳定，且炮烟浓度均降至最高允许浓度值以下。将模拟结果与现场实测的炮烟浓度分布情况进行对比分析，数据基本吻合，验证了模拟的有效性。     

纵向通风隧道内火灾温度场分布规律研究

以狮子洋水下特长隧道为工程背景,利用CFD数值模拟软件FDS 4.01,建立隧道实体物理模型,进行火灾数值模拟分析。研究了列车火灾热释放功率为15 MW、不同坡度、不同纵向通风风速下,该类隧道内拱顶附近和2 m高处温度场的纵向分布规律,以及各工况下拱顶的最高温度,并分析其对隧道结构防火和人员疏散救援的影响。结果表明:随隧道坡度的增大,在同一通风速率下的烟气回流长度逐渐减小,但随着风速的加大,坡度对烟气回流的影响逐渐减弱;随着通风风速的增大,火区附近的温度下降,而沿程温度上升,纵向通风速率越大,拱顶温度越低。     

隧道受限火灾合理纵向通风风速范围研究*

为探究公路隧道不同受限程度火灾的适宜纵向通风风速,基于FDS模拟分析5种纵向通风速度下不同近壁距离火源顶棚下方烟气最高温度的分布特性、烟羽流倾角及烟气分层状况,提出合理纵向通风风速范围。研究结果表明:在隧道中心线上近火源下游,顶棚下方的最高温度沿纵向均呈指数衰减。不同贴壁距离和纵向通风风速下,均出现烟气分岔流动,随着贴壁距离减小羽流撞击处温升、火羽流偏移角显著增加。当风速小于1.6 m/s时,火源上游出现大量高温烟气回流;而当风速超过2.4 m/s时,分岔流动现象越明显,各偏移角变小,火源下游逐渐后移的烟气层严重失稳。因此,不同受限程度下火灾合理纵向风速为1.6~2.4 m/s。     

长大区间隧道抽出式串联通风机排烟能力实验研究

为实现有效通风以降低隧道火灾带来的损失和伤亡,依托青岛市地铁8号线大洋站至青岛北站区间隧道,建立线性比尺为1∶15的隧道通风排烟模型实验系统,针对通风机串联单抽,围绕3种通风机频率匹配组合,测定单机的变频频率值、电功消耗、排烟道与行车道的断面平均风速以及右侧行车道静压。研究结果表明：在相同功率消耗下,不同频率匹配的串联通风机排烟效果存在差异;针对此差异,利用气体挡烟墙性能及其计算欧拉数值比较发现,风井近端的通风机频率较大时,下游对污染气流的抵抗力更强,拥有更好的排烟效果。研究结果可为隧道火灾提供更有效率的防灾救灾数据支持,并从欧拉数方面为研究隧道临界风速提供新角度。     

皮带输煤暗道通风排尘改造方案优化研究

为了解决皮带输煤暗道运输过程中粉尘污染严重及冬季供暖不足问题，对暗道通风供热系统进行了优化改造研究。以中煤平朔安家岭264输煤暗道为例，基于气固两相流理论，利用CFD模拟方法，对暗道内由风速对悬浮粉尘浓度分布的影响规律进行数值仿真。模拟结果显示:当输煤暗道排尘风速由0.25 m/s升至0.35 m/s时，粉尘浓度降为3.2 mg/m3，暗道最大通风阻力为245.94 Pa，最低换热量747.68 kW。基于数值模拟结果，从3种优化方案中选定一压一抽联合式通风除尘方案进行改造，现场实测除尘效果良好，表明所提出的输煤暗道通风除尘方案具有实践指导意义。     

不同喷嘴类型静电旋风水膜除尘系统配置优化实验研究*

为对比加宽版吹风喷头、1 mm孔径广角实心喷嘴和组合型喷嘴配置下的静电旋风水膜除尘系统的除尘效果,对进口风速、静电电压和单位面积流量3个单因素进行实验。研究结果表明:借助SPSS软件正交实验设计得出各喷嘴最佳参数、除尘效率影响因素排序均为进口风速＞静电电压＞单位面积流量。在各喷嘴最佳参数下,除尘性能排序为组合型喷嘴>加宽版吹风喷头>1 mm孔径广角实心喷嘴。在组合型喷嘴最佳参数（进口风速12.03 m/s、单位面积流量1.02 L/(m2·s)、电压45 kV）下,当进口风速不变时,除尘系统的分级除尘效率随粉尘颗粒粒径的增大而增大,但增幅不断地变缓,粒径约为40 μm时分级效率近似达到100%;当粉尘颗粒粒径不变时,分级效率随进口风速的增大呈现递减的趋势,粒径越大下的分级效率越接近。     

山脊防火林带有效结构的研究

防火林带的防火性能与阻风性能密切相关。本实验采用风洞模拟方法,对通风结构、疏透结构和紧密结构3种防火林带附近的风速进行测定,绘制了3种结构防火林带迎风面的风廊线。结果表明：紧密结构与疏透结构防火林带附近的阻风性能比较好,而通风结构阻风性能最差;但紧密结构防火林带上方的相对风速高达130％,为飞火的产生创造了条件;疏透结构林带上方的最大相对风速只有110％,不具备飞火产生的条件。所以,山脊防火林带的有效结构为疏透结构。     

隧道救援站通风网络优化设计及人员疏散研究*

为确定铁路隧道救援站最佳通风结构，对烟道布置提出合理建议，采用计算流体力学（CFD）的方法，对铁路隧道救援站通风网络进行优化设计。同时，采用模拟计算的方法对救援站人员疏散进行模拟分析，确定救援横通道布置及防护门开度设置的合理性。研究结果表明:在同等通风参数工况设置下，采用多节点排烟竖井结构后各救援横通道流量分配更均匀，救援站压力平衡性更好，通风效率可提升15%；通过疏散模拟证实，在长560 m的紧急救援站范围内设置10条疏散横通道，横通道设1.7 m宽的逃生门能够满足疏散要求。     

竖井横截面积对隧道自然排烟效果影响的实验研究

在1∶6尺寸城市隧道实验台上开展了一系列试验,研究了不同火源功率、竖井横截面尺寸条件下隧道自然排烟竖井的排烟效果。结果表明,竖井的横截面尺寸直接影响竖井内烟气运动的驱动力大小,从而影响排烟效果。在一定的火源功率下,竖井横截面积过小时难以有效排出烟气,面积过大将会产生过于强烈的烟囱效应,导致排烟口下方空气被直接排出,排烟效果显著下降;竖井横截面积一定时,在不同的火源功率下,竖井放置方式同样影响竖井的排烟效果。     

脉动通风在螺旋隧道施工期的应用研究

为提高施工期通风排除污染物效率,将脉动通风方法应用于螺旋隧道中,通过理论分析研究脉动通风在隧道施工期排除污染物的原理,采用FLUENT软件模拟不同脉动幅值、脉动频率下隧道内污染物浓度变化情况。研究结果表明:脉动通风可有效减少螺旋隧道内涡流区面积,优化隧道风流流场;脉动通风方式可使积聚在涡流区内的污染物产生纵向脉动速度,并加强风流横向脉动;脉动通风对爆破后排出CO气体效果不明显,但对降低喷浆过程粉尘浓度效果显著,数值模拟与理论研究结果吻合;排除污染物效果与脉动幅值无明显关系,与频率关系显著,且频率较小时效果更好。