不同隧道坡度与车厢火灾位置情况下烟气蔓延特性研究*

为研究含坡度隧道不同火源位置情况下车厢火灾烟气蔓延特性,采用CFD数值模拟方法,建立全尺寸地铁隧道与列车数值模型,研究车厢不同火源位置情况下火灾烟气纵向温度分布规律,探讨倾斜隧道车厢火源位置对烟气蔓延的影响。研究结果表明:当火灾烟气蔓延处于纵向通风惯性力与热浮力竞争作用控制阶段时,火源位于车厢上游方向时火灾烟气向车厢方向蔓延距离小于火源位于车厢下游方向情况,且随坡度增大,火源位于车厢上游方向烟气逆流长度不断减小,位于下游方向烟气逆流长度不断增大;当纵向通风风速达到2 m/s时,火源位于车厢上下游方向2种情况下,列车车厢方向均无烟气蔓延（逆流长度为0）,此时火灾烟气蔓延将主要由纵向通风控制,隧道坡度无显著影响。     

地铁车厢汽油火灾的模拟计算与分析

采用数值计算方法,研讨了泼洒燃料总量为5kg汽油的故意纵火情况下产生的火灾功率、烟气的蔓延规律及烟气控制方案。首先理论分析了泼洒液体火灾的液面深度、浸铺面积、单位面积燃料质量损失速率,进而得到了泼洒液体燃料总量与火灾功率的关系。采用多分区区域模型对列车车厢内的烟气温度、厚度进行了计算。分析车厢5kg汽油火灾的烟气危险性中,发现烟气将在30s时下降到危险高度,烟气温度将在30~50s后超过人体的极限,90s后烟气降到车厢地板,150s后车厢会达到轰燃温度。基于数值模拟结果,笔者提出了烟气控制方案。研究成果有助于地铁防灾设计及人员疏散紧急预案的制定。     

低真空隧道列车车厢内部火灾乘客疏散方案

为探究真空管道运输系统内列车火灾的人员疏散问题及烟气蔓延规律,运用火灾模拟软件(FDS)及人员仿真疏散软件Pathfinder,以低真空隧道内由5节车厢构成的高速列车车厢火灾时乘客疏散为研究对象,综合比较10种疏散方案中疏散时间、烟气蔓延程度及CO体积分数,得到乘客最佳疏散方案,并设计救援车对接高速列车车门的辅助疏散方式。结果表明：当着火车厢的乘客疏散至相邻车厢时,乘客的最佳疏散方式为靠近门口的2排乘客与靠近火源的1排乘客同时离开,随后按照与火源的距离由近到远逐排撤离。若采用救援车辅助疏散,当火灾发生在车厢1、车厢2或车厢3时,救援车到达后完成全车乘客疏散的总用时分别为533、586和376 s;车厢1发生火灾时,门1的利用时间为200 s;车厢2发生火灾时,门1的利用时间为145 s;当车厢3发生火灾时,2个门的利用率较为均衡。因此,在实际疏散时,可以采用语音播报的形式引导乘客充分利用好2个车门,以节约疏散时间。     

地铁车厢纵火模拟试验火灾特性研究

在考虑人为恐怖袭击行为情况下,采用地铁车厢实体模型研究了地铁车厢在纵火情况下的火灾场景特性,得出了地铁车厢在模拟火灾中的热释放速率、烟气浓度、温度、烟密度的变化规律。试验结果表明,一节车厢最大热释放速率为5MW左右,如果两侧沙发同时引燃,其最大热释放速率可达10MW。在纵火试验中,火灾发生、发展和蔓延速度明显较快,燃烧较猛烈,高峰瞬时释放出的CO、CO2浓度及试验过程中的总浓度明显较高;NO、SO2、HCN集中在瞬间释放出来而造成瞬时浓度较高。烟气主流是沿着而不贴着屋顶向外蔓延的。因此火灾危险性很高。     

基于Pyrosim的隧道火灾数值模拟与分析

基于隧道火灾国内外研究现状,根据隧道火灾理论确定边界条件,使用PyroSim进行建模,模拟分析发生不同规模的火灾时不同风速下的烟气流动情况,得出临界风速并与理论值进行对比,验证模拟的准确性。在临界风速下,综合考虑火灾致害因素烟气温度、能见度及CO浓度达到危险临界状态的时间,得出场景中人员可用安全疏散时间,对隧道人员逃生路线规划意义重大。     

运行旅客列车隧道火灾模拟实验研究

笔者以相似理论为依据 ,以旅客列车卧铺车厢 1∶5的模型为研究对象 ,利用燃烧风洞提供的流场模拟列车在隧道中运行的速度场 ,在车厢模型中加入等比例的火灾载荷 ,进行了旅客列车隧道火灾模拟实验。研究了不同列车运行速度、不同列车火灾载荷、不同火源位置以及旅客卧铺车厢的不同状况下旅客列车火灾特征及火灾中烟气蔓延规律 ,提出了满足火灾救援和旅客疏散的要求 ,为隧道方案设计提供了可信的技术依据     

不同防排烟方式下车厢火灾烟气运动的数值模拟研究

为了揭示车厢内部火灾烟气在不同防排烟方式下的迁移特征,优化选择最优防排烟方式,运用火灾动力学软件FDS对CRH2A动车组的一节车厢进行模拟计算。分别采用机械排烟系统、空气幕系统及二者复合系统对车厢内烟气进行控制,对比分析不同排烟系统下车厢内烟气温度、烟气层高度和烟气浓度的变化规律。结果表明:随着排烟量的增加排烟效果显著增大,但排烟量不宜过大,当固定功率为0.2 MW时,V2=0.87 m3/s排烟效果最佳;空气幕在一定程度上可以阻挡烟气蔓延至相邻车厢,机械排烟在降低烟气温度与浓度方面的效果比空气幕系统明显;每个独立系统的控烟效果远不及二者复合系统效果明显。综合考虑防排烟的有效性和经济性,在本文设定工况下,V1=1.12 m3/s、V2=1.62 m3/s为最优防排烟组合方式。     

低真空隧道列车车厢内部火灾温度分布特征

为解决低真空隧道内高速列车运营时,火灾突发事件中出现的危险性、列车结构的完整性及人员安全等问题,以低真空隧道内的高速列车车厢为研究对象,首先用数值模拟的方法,探究着火车厢内部发生火灾后的温度衰减特征;然后分析相邻车厢内部的温度分布情况;最后研究着火车厢内部最大温度的分布特征。结果表明：着火车厢及相邻车厢顶棚处沿着纵向的温度呈指数形式衰减;相邻车厢内,功率对温度衰减影响较大,即：低火源功率(0.3～0.6 MW)下,高温烟气蔓延相对较弱,相邻车厢内乘客相对安全;中火源功率(0.7～1.1 MW)下,高温烟气蔓延显著,由于受到车厢壁面以及车门的影响出现温度突变点;高火源功率(1.2～1.5 MW)下,热羽流强度较高,高温烟气蔓延受车厢壁面以及车门的影响相对较小,在车厢连接部分与相邻车厢内的高温蔓延趋势基本一致。车厢内的最大温度与火源功率及火源至顶棚的距离有关,并存在线性关系。     

自然通风下高层建筑条形走廊烟气控制的研究

运用长廊型风洞为实验模型,通过实验与模拟对比的方法,应用FDS软件,模拟研究自然通风下走廊中常见几种烟气控制模式的效果。分析比较各个模式下温度、烟气浓度等的模拟结果得出,在有自然通风下,挡烟垂壁在火灾初期对延缓烟气扩散效果明显,随着火灾的发展,挡烟垂壁几乎没有效果。采用机械排烟后,走廊内温度与烟气浓度均有明显下降,火灾初期走廊内平均温度明显降低,在火灾后期走廊内烟气浓度降低明显。在排烟量不变情况下,采用两个排烟口比单个排烟口排烟效果更好,240s时走廊内CO2浓度相比下降21%。在前室门口设置防烟空气幕可以防止烟气进入前室,利于人员疏散并大幅降低走廊内烟气浓度和温度。开启两个排烟口和挡烟垂壁,结合前室门前设置防烟空气幕,可以达到最好的烟气控制效果,240s时走廊内CO2浓度下降59%,CO浓度下降58%。     

基于FDS的居民楼火灾烟气远距离传播过程研究

利用大涡模拟软件FDS对某居民楼火灾发生发展和烟气传播过程进行数值模拟,探讨烟气质量浓度在侧间-走廊建筑的分布情况。在不同房间的目标位置设置探测点,分析烟气质量浓度、CO体积分数分布。结果表明,距离火源位置最远的房间烟气质量浓度、CO体积分数最高且在短时间内达到致死浓度;烟气更容易在最远的房间聚集,在特定的时间段内,始终比其他房间的危险性要高。对于此类居民楼建筑火灾中的人员安全而言,最远端房间的危险性最高,火灾时要着重注意此区域的疏散。此外,在走廊顶棚上间隔适当的距离设置了挡烟垂壁,并且模拟了该工况下烟气质量浓度分布。结果表明,加入挡烟垂壁后走廊的烟气蔓延相对均匀,各个房间烟气质量浓度更为接近,最大烟气质量浓度也有明显降低,从而延缓了整个建筑达到危险状态的时间。     

横通道通风对隧道火灾烟气蔓延影响的数值模拟研究*

为探究隧道横通道通风对隧道火灾烟气蔓延的影响规律,使用火灾动力学模拟软件FDS,对不同火源位置的横通道临界风速、主隧道温度分布以及烟气层高度进行研究。研究结果表明:在一定火源功率范围内,隧道横通道临界风速与火源功率的1/3次方成正比且火源距横通道越远,临界风速越小;当火源位于交叉口,横通道使用临界风速通风时,隧道内烟气温度明显降低,烟气迅速沉降到2 m以下;当火源距离交叉口10,20 m,横通道通风会加快火源下游烟气沉降,烟气沉降速度随横通道通风速率的增大而增大;当火源位于交叉口时,烟气沉降由横通道通风对烟气的降温作用和涡旋作用共同主导,当火源位于距离交叉口10,20 m时,烟气沉降主要由涡旋作用主导。     

海拔高度对矿井无轨运输车辆火灾影响模拟研究*

为研究高海拔地区火灾巷道内可燃物燃烧特性、烟气运移及相关烟气参数的变化规律。应用FDS火灾模拟软件建立实际尺寸的巷道无轨运输车辆火灾模型,分别研究海拔高度为0,1 700,3 000,4 000,5 000 m时无轨运输设备的动态燃烧过程;分析不同海拔高度下可燃物的燃烧特性、烟气运移情况及相关烟气参数（CO浓度、温度）的变化规律。结果表明:火灾巷道内烟气逆退距离随海拔的升高而减小;烟气的温度峰值与CO浓度均随海拔的升高而降低,且与海拔高度大致呈线性函数关系;海拔每升高1 000 m,烟流温度峰值降低3%,CO浓度降低0.98%;CO浓度在垂向上分布呈现出明显的分层现象,具有“上高下低”的分布规律;可燃物的最大热释放速率随着海拔的升高呈现出降低的趋势;高海拔地区的火势发展过程往往较低海拔地区的更缓慢,并增加燃料的燃烧时间。研究结果可为后续高海拔地区的矿井火灾研究提供参考。     

基于Phoenics化工储罐区火灾数值模拟研究

应用Phoenics软件针对广州市南沙区小虎岛某化工厂储罐区火灾进行数值模拟,探讨基于CFD软件化工储罐区火灾数值模拟关键技术。计算结果直观地表达了火灾发生的全过程,以及不同时间、不同位置烟气的温度、浓度、能见度等参数的变化情况,分析事故状态下破坏影响范围,揭示火灾过程的规律性,给出灭火救援建议。     

特长公路隧道火灾烟气沉降特性对人员疏散影响的研究*

为研究特长公路隧道火灾烟气沉降对人员疏散安全的影响,通过数值模拟方法,对0,1.0,1.5 m/s和临界风速值4种不同纵向通风风速下隧道火灾烟气沉降特征进行研究,并分析不同风速下烟气沉降对人员疏散的影响。研究结果表明:在无纵向风时,烟气沉降现象较为明显,烟气下沉造成的不均匀烟气温度、能见度分布,提前终止人员疏散的进行;随着纵向风速的增加,沉降现象仍存在,但沉降点后移,对人员疏散的影响减小;在1.5 m/s的纵向通风条件下,火源下游500 m范围内烟气基本不发生沉降且能维持分层,此时几乎不影响火灾下游人员疏散。在实际应用中,火灾初期可先以1.5 m/s的分层风速值进行通风,待下游人员疏散后,再施加临界风速加快烟气排出。研究结果可为特长公路隧道火灾防治和疏散救援提供参考。     

矿井巷道火灾烟流逆退数值模拟及临界风速研究

为了研究矿井发生火灾后高温烟流的蔓延规律及影响因素，利用COMSOL软件对火区进行数值模拟，建立巷道三维模型，得到火区风流速度与温度分布。通过改变边界条件，分析火风压作用下，火区烟气在不同控制风速、巷道条件作用下蔓延规律，得出不同因素与临界风速的关系，为选取合理的火灾控制风速提供理论依据。研究结果表明:火源温度一定时，巷道入口风速越低，火源下风侧高温烟流越靠近巷道顶部，随着风速增大，向巷道下部蔓延；风速较低时，在火区火风压的作用下，会产生烟流逆退现象，随着风速的增大，逆流层长度和厚度随之减小；巷道入口通风条件不变时，火区温度越高越容易产生烟流的逆退，影响范围越大；巷道高度越高、上行风坡度越小，越易发生逆退现象；不同影响因素与巷道平均温度不成正比关系，其中下行风坡度5~15°时巷道平均温度较高且易于发生烟流滚退现象，影响范围较大；火源温度、巷道条件与临界风速的数据拟合结果对预测巷道的临界风速有较好的参考价值。     

基于FDS的加油站便利店火灾模拟

为了研究加油站便利店火灾的发展规律，选择合理的疏散路线，使用 FDS软件对某加油站便利店进行火灾数值模拟。通过观察烟气扩散和动态升温过程，分析便利店的烟气扩散和升温规律，对比分析不同疏散路线上温度、烟气层高度和能见度的数据变化规律，分析选择不同疏散路线对人员安全疏散的影响。结果表明:在无火灾报警设备的情况下，卫生间等有隔断的设施会延迟设施内人员获得火灾信息的时间,不利于安全疏散；同等高度下靠墙区域受高温烟气影响较中央开阔区域更大；疏散时选择合理的疏散路线可以显著延长安全疏散时间。     

竖井排烟口对L型高层建筑烟气流动特性影响的模拟研究

为了研究竖井排烟口对L型高层建筑烟气流动特性的影响,建立L型高层建筑火灾的数值模拟模型,以温度、CO浓度和窗口气流速度为指标,探讨在不同排烟面积下高层建筑内部结构的烟气流动特性。研究结果表明:6层为建筑的中性层位置,随着排烟口面积增大,烟气蔓延到竖井顶部的时间缩短,对中性层以下走廊的烟气控制效果增强;火灾发生在中性层以下时,中性层以上窗口气流速度为负,烟气溢出;320 s为温差变化的分界点,在320 s之前,排烟口面积与温差绝对值成正相关,320 s之后则成负相关。     

高架仓库火灾烟气运动和控制数值模拟研究

根据哈尔滨某纺织品仓库的实际尺寸建立几何模型,应用大涡模拟(LES)方法对机械排烟模式下仓库火灾的热释放速率、温度流场、能见度变化情况进行数值模拟,得出了火灾的发生发展、火场温度分布、烟气流动状况及其组分浓度等参数随时间的动态变化规律。模拟结果表明,机械排烟可以将烟气控制在8m以上的空间内,有效地抑制烟气向仓库下部扩散,使仓库内的温度和能见度不影响人员安全疏散。研究成果可以为合理地设计大型高架仓库的防排烟措施提供参考。     

地铁车站站台火灾中人员的安全疏散

笔者分析了地铁站台火灾时火灾临界危险条件和人员的疏散特点 ,提出了地铁站台火灾中人员安全疏散模型 ,确定了人员安全疏散时间的计算方法 ;应用火灾模拟软件SMARTFIRE4 .0对某地铁站站台着火时温度和烟气浓度的发展进行了数值模拟研究 ,据此得到人员安全疏散可利用的时间 ;结合该站台着火时的具体情况 ,计算了人员安全疏散所需要的时间。研究与计算结果表明 :该地铁站火灾时 ,站台至站厅的楼梯是整个疏散过程的瓶颈 ,而楼梯的疏散能力主要受人员流量和楼梯的有效宽度所制约 ,据此提出了相应的解决方法。