隧道集中排烟速率对排烟口下方烟气层吸穿现象的影响

以水平公路隧道为研究对象,运用FDS进行数值模拟,分析了集中排烟模式下对称开启的6个排烟口下方的烟气蔓延规律、烟气层温度和厚度分布规律。结果表明,当排烟速率增大到一定程度时,隧道集中排烟系统存在多个排烟口下方烟气层吸穿的现象,且离火源越远的排烟口越容易发生吸穿,而吸穿会降低整个排烟系统的排烟效率,可能导致排烟口烟气拥堵,易对疏散救援造成消极影响。通过定量描述烟气层厚度和温度与排烟速率之间的关系,获得排烟口下方吸穿的排烟速率范围。     

水幕排烟系统对烟气控制及排烟效率的影响研究

为探明水幕排烟系统对隧道内烟气控制和排烟效率的影响,通过火灾动力学求解器(FDS)研究不同排烟风量下隧道内烟气、温度和速度分布。结果表明:排烟量小于100 m3/s时,水幕无法有效地阻隔有毒烟气的蔓延;当火源热释放速率(HRR)为10、20及30 MW时,排烟量分别为100、160和180 m3/s,能将烟气限制在水幕排烟系统内;在水幕的作用下,水幕外的温度分布均满足人员逃生的需要(小于80℃),在水幕排烟系统中烟气控制要比温度控制更为重要;相同火源HRR下,排烟口的排烟效率随着排烟量先增大后减小;排烟口的吸穿效应在水幕排烟系统中很难出现,排烟口吸入位于隧道底部混有大量新鲜空气的烟气是造成排烟效率降低的主要原因。     

纵向排烟与集中排烟下烟气控制效果的对比研究

以某特长公路隧道为研究背景,采用缩尺寸试验测试、数值模拟的方法分别对纵向排烟和集中排烟模式下隧道内火灾烟气的蔓延特性进行了研究,并对比分析了两种排烟系统在火灾工况下对烟气的控制效果。结果表明,纵向排烟模式将火灾烟气控制在火源下游并从隧道出口排出,高温烟气蔓延范围较长;集中排烟模式通过排烟阀将烟气抽离行车道,有效地控制了烟气蔓延和沉降,高温烟气维持在行车道的上部空间,主要通过竖井排出隧道。采用纵向排烟模式的坡度隧道烟气控制受烟囱效应影响较大,而在设置排烟道的坡度隧道中,将排烟阀开启进行自然排烟就能有效地减弱烟囱效应。因此,采用集中排烟模式的防灾安全性能要优于采用纵向排烟模式。     

排烟风量变化对隧道集中排烟效率的影响

隧道集中排烟系统的排烟风量是影响火灾烟气抽排效果的关键参数.量化评价烟气抽排效果有利于排烟风机的优化选型.基于FDS的火灾燃烧过程的化学反应式得到隧道火灾烟气的质量生产速率,提出了排烟效率和排烟效能两个表征集中排烟系统烟控能力的计算公式.用基于大涡模拟的FDS软件对隧道火灾烟气进行数值模拟计算.对比研究表明,随着排烟风量的增大,机械排烟效率增大,机械排烟效能反而降低.风机排烟风量增大使多个排烟阀处发生吸穿现象,但风流短路并未降低整个排烟系统的排烟效率.根据研究结果给出了合理的风机排烟风量设计区间,确定三阳路道路隧道集中排烟系统的最佳排烟风量为170 m3/s,对应的排烟效率为96.3％.     

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。     

排烟口间距对隧道集中排烟烟气层吸穿影响的模拟

吸穿现象的发生将降低隧道集中排烟效率。排烟口间距是影响烟气层吸穿的重要因素。以长22 m的1∶20缩尺寸集中排烟隧道模型为数值模拟研究对象。采用对称方式开启6个排烟口进行双向均衡排烟模式。比较了排烟口间距分别为3 m和2 m时的烟气蔓延范围、烟气层温度和厚度,分析了烟气层厚度、温度与排烟速率之间的关系。结果表明:排烟速率大到一定程度时会导致烟气层吸穿;排烟口间距越大,导致排烟口开始发生吸穿的排烟速率越小;同一排烟速率下,排烟口之间的间距越大,越远离火源的排烟口越容易发生吸穿。因此,为避免吸穿现象的发生,需选取合适的排烟速率及排烟口间距。     

侧部集中排烟口布置对烟气层吸穿影响研究

侧部集中排烟是新型隧道火灾通风排烟模式.为探究侧部集中排烟模式下烟气层吸穿问题,采用数值模拟方法对排烟口处烟气层热物理特性的影响进行研究,改变排烟口间距、形状(长宽比)、面积、距拱顶距离等因素,分析了发生吸穿现象所对应的温度分布、烟气层厚度及排烟效率.结果表明:侧部集中排烟模式排烟口处发生吸穿现象的区域位于排烟口下部靠火源一侧空间;随排烟口间距增大,烟气层更容易发生吸穿现象;当排烟口面积一定时,排烟口的长宽比越大,排烟口发生吸穿的区域越小,吸穿现象越弱;得到了 15 MW火灾情况下侧部排烟口的最优尺寸、间距及排烟口距拱顶最佳距离.     

侧部双点排烟隧道火灾烟气逆流长度研究

火灾烟气逆流长度是侧部重点排烟模式烟气控制有效性的关键判据。为探究相关因素对侧部双点排烟模式下火灾烟气逆流长度的影响,根据π定理,对相关因素进行量纲分析,推导出烟气逆流长度与火灾热释放速率、排烟口排烟速率、排烟口间距、排烟口面积、排烟口距隧道顶板高度、排烟口长宽比6个影响参数的无量纲函数关系式;通过数值模拟并对模拟数据拟合,确定烟气逆流长度与这6个影响参数的关系。结果表明,侧部排烟模式下,烟气逆流长度随火灾热释放速率增大而增大,随排烟口排烟速率、排烟口间距增大而减小,烟气逆流长度不受排烟口面积、距隧道顶板高度、长宽比的影响。进而建立了考虑侧部双点排烟作用且与数值模拟结果相吻合的烟气逆流长度无量纲计算公式。     

火源与排烟口布置对隧道火灾排烟影响的数值模拟

运用FDS软件对某半横向通风隧道火灾进行数值模拟,研究了火灾中火源与排烟口布置中烟气蔓延与排烟效果的影响。通过模拟6种不同火源与排烟口布置组合工况下隧道内烟气质量浓度、回流长度的变化规律,得出半横向通风排烟系统排烟效果规律。结果表明:火源位于隧道中间与右车道时,隧道内烟气质量浓度分布基本相同,表明火源位置横向分布对半横向通风系统排烟效果几乎没有影响,而排烟口分布对火灾烟气的蔓延影响较大,排烟口位于烟道板两侧时隧道内烟气质量浓度和回流长度都明显小于当其位于烟道板中部与右侧1/3处时,表明排烟口位于烟道板两侧时隧道排烟系统排烟效果较好,而排烟口位于烟道板中部与右侧1/3处时,两者排烟效果相同,这与文献的小尺寸试验研究结果相吻合。     

集中排烟公路隧道临界排烟速率计算模型

为合理设计公路隧道排烟系统的排烟量,采用1∶20缩尺寸模型试验的方法,研究临界排烟速率对公路隧道集中排烟系统排烟效率的影响。首先,通过测量火源功率的6个数值、不同机械排烟量条件下排烟口下方烟气层温度、厚度,得到不同火源功率下发生吸穿时的临界排烟速率试验值;然后,将试验值与Heselden模型、TM 19-1995模型计算值进行对比,分析2种排烟模式下的临界排烟速率计算模型的差异性;最后,在TM 19-1995模型的基础上,引入火源功率修正系数,得到修正后随火源功率变化的集中排烟隧道临界排烟速率计算模型。结果表明:集中排烟公路隧道内发生吸穿时的临界排烟速率明显大于Heselden模型、TM 19-1995模型的计算值,且临界排烟速率值与火源功率线性相关。     

侧部点式排烟隧道火灾临界风速研究

为得到侧部点式排烟模式隧道火灾临界风速无量纲计算式,针对隧道侧部点式排烟模式,根据π定理和相似理论,采用量纲分析方法分析影响临界风速的相关因素,推导出影响临界风速3个因素的无量纲函数关系式;采用数值模拟方法,确定临界风速与火灾热释放速率、排烟量、排烟口距火源距离的量化关系。研究结果表明:当无量纲排烟口距火源距离小于2.22时,临界风速随排烟口距火源距离的增大呈1/25次方的增长关系,随排烟量的增大呈-3/50次方减小关系;当无量纲排烟口距火源距离大于2.22时,临界风速不再随排烟口距火源距离和排烟量的变化而改变;临界风速始终随火灾热释放速率的增大呈1/3次方增长关系。     

城市地下交通联系隧道烟气控制探讨

为了给城市地下交通联系隧道(UTLT)防排烟系统设计和人员应急救援提供参考依据,以重庆某UTLT二期工程一段主隧道为例,开展全尺寸火灾试验,探讨了横向排烟方案的烟控效果,并验证了Alpert顶棚最高温升衰减模型。结果表明,UTLT主隧道段采用横向排烟方案,当防烟分区长度为120 m时,采用的排烟量设计方法是合理的。当隧道为上坡时,最有利的烟气控制模式为同时开启着火分区及下游相邻分区的排烟系统和与排烟分区紧邻的上、下游两个分区的补风系统。隧道顶部烟气最高温升衰减规律为:下游距火源无量纲距离r/H0.57及上游部分,呈指数衰减;下游距火源无量纲距离r/H0.57部分,呈幂函数衰减,且衰减程度与排烟方案有关。     

隧道顶部障碍物下游火灾烟气密度跃变特性

为考查隧道火灾烟气越过顶部障碍物时关键流动参数的变化及其对人员疏散和防排烟设计的影响,采用盐水试验研究不同障碍物高度与火源热释放速率下,火灾烟气越过隧道顶部障碍物后发生密度跃变的条件,并获得质量卷吸比与密度跃变前后烟气层厚度比等特性参数。结果表明：顶部障碍物的出现可使其下游的火灾烟气弗劳德数(Fr)突增至1以上而后再骤降至1以下,即从超临界状态转变为亚临界状态,这是诱发烟气密度跃变的原因;该跃变过程造成烟气卷吸大量空气,烟气厚度增大。障碍物的高度是影响烟气密度跃变特性的关键参数,密度跃变后与跃变前的烟气厚度之比、跃变前后Fr之比以及质量卷吸比均随障碍物高度增加而增大;当障碍物的无量纲高度超过0.267后,上述3个参数随障碍物高度增加而减小。障碍物下游的烟气密度跃变产生的质量卷吸比可能超过0.3,且高于既有理论模型计算值。     

坡度条件下竖井隧道火灾温度变化数值模拟研究

为了研究不同坡度竖井隧道，采用FDS对不同坡度（3%～20%）作用下竖井内部温度衰减、烟气逆流长度以及竖井自然排烟效率进行分析。采用无量纲参数，对隧道内部温度变化进行研究，结果表明：坡度的增加能抑制竖井吸穿现象的产生；坡度会使火焰角度发生倾斜导致温度最高点出现变化，同时也能降低隧道内部温度，烟气逆流长度受坡度变化影响大，根据研究结果建立温度衰减预测模型与烟气逆流模型，为隧道、巷道提供设计依据。     

中庭类高层建筑防排烟技术优化设计

理论分析了火源热释放速率对火灾产烟量的影响,对中庭类建筑的排烟方式进行了优化设计.提出火灾初期采用机械排烟、中后期采用自然排烟的优化排烟方案.以徐州某医院内科医技楼为例,通过建立火灾发展模型、设定火灾场景和采用火灾模拟软件FDS对其中庭火灾烟气温度和烟气的蔓延规律进行了数值模拟研究.分析比较了3种火灾烟气控制方案.数值模拟的结果表明,当火源最大热释放速率为4 MW时,火灾初期采用机械排烟、中后期采用自然排烟的排烟方式较只采用机械排烟、或只选取自然排烟排烟方式的效果好,与基于5种羽流模型理论推断的结果相吻合.     

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。     

隧道与横通道交叉角对火灾烟气蔓延影响机制研究

为探索隧道与横通道交叉角对火灾烟气蔓延的影响机制，采用FDS数值模拟，研究横通道与隧道不同交叉角情况下火灾烟气温度、浓度、烟气层高度等的变化规律，建立开启火源下风向横通道时隧道内烟气最高温度修正公式，提出烟气纵向蔓延恢复长度的概念，并探讨其影响规律。 结果表明:隧道和横通道交叉角越小，隧道内同一位置烟气层高度越高，当交叉角由90°降低到30°时，烟气层高度最大增加32%；烟气纵向蔓延恢复长度与交叉角及通风速率呈正相关，而与火源功率几乎无关。研究结果对隧道通风排烟系统设计及相关标准的制定具有参考意义。     

地铁车厢机械排烟和细水雾耦合灭火效果研究

采用火灾动力学软件FDS（FireDynamicSimulator），以封闭单节地铁列车车厢为研究对象，模拟分析不同喷雾速度、排烟量以及排烟启动时刻条件下，车厢内火灾热释放速率、烟气层高度、烟气层温度的变化规律，对细水雾和机械排烟耦合作用下地铁列车车厢火灾灭火效果展升研究。结果表明，喷雾初速度较小时，细水雾动作之后启动排烟系统的灭火效果更好；喷雾初速度较大时，细水雾动作之前启动排烟系统的灭火效果更好；同样的喷雾初速度条件下，增大排烟量町以提高烟气层高度和降低烟气层温度，排烟量过大可能造成火焰区的扰动，降低细水雾的火火效果。     

Y型合流分岔隧道临界风速计算模型

临界风速是Y型合流分岔隧道能否有效抑制烟气侵入分岔支路的重要参数。为确定Y型合流分岔隧道临界风速计算公式,对影响Y型合流分岔隧道临界风速的相关因素进行量纲分析,推导出临界风速与火源热释放率、主分隧道高度比、连拱长度及隧道分岔夹角这4个因素的无量纲函数关系式。通过数值模拟得到临界风速最大的火源位置,并对上述4个影响因素进行了量化分析。结果表明:火源距分岔段隧道洞口15～25 m时临界风速最大;当无量纲火源热释放速率小于0. 3时,隧道临界风速与火源热释放率呈现1/3次方关系,当无量纲火源热释放速率大于0. 3时,隧道临界风速不再随火源热释放速率增加而增加;临界风速与分岔隧道高度比近似成-3/10次方关系,与分岔夹角成-3/40次方关系,而与连拱长度无关。进而得到分岔隧道临界风速的无量纲计算模型,且与数值模拟结果吻合良好。     

夏季大空间内火灾机械排烟效率的研究

采用全尺寸实验对夏季大空间内火灾机械排烟的效率进行了研究.实验过程中主要测量了火源功率和大空间内的烟气温度两个参数.通过分析大空间内烟气温度的分布规律,得到了机械排烟控制下不同火源功率的大空间内稳定的烟气层高度.根据Heskestad羽流模型计算了烟气生成速率,与机械排烟速率比较得到了夏季大空间内火灾机械排烟的效率.实验结果表明,在夏季大空间中,当火源功率不是很大时,大空间内外的温差使得外界补充进来的空气和火灾生成的烟气更加容易发生掺混,导致机械排烟的效率大大降低;按照规范规定的6次换气率进行排烟,在实验的300～1 000 kW的火源功率范围内,夏季大空间内火灾机械排烟的效率约为30%.火源功率的增大,在一定程度上削弱了空气与烟气的掺混,机械排烟的效率略有提高,但是提高的效果并不是很明显.