环境风作用下城市地下隧道自然通风效果的研究

为了研究城市地下隧道出现车辆阻滞时环境风速对隧道自然通风效果的影响,以某城市地下隧道为研究对象,采用FDS建立模型对隧道顶部通风口处的CO质量流量、隧道内CO浓度分布、隧道中截面温度分布进行了分析。结果表明无环境风时,隧道顶部通风口排出CO较少,无通风口段CO浓度超过规定限值;当环境风速为1 m/s时,隧道顶部通风口排出CO能力最强,通风效果较好;当环境风速增大到2 m/s,大量尾气流向下游隧道并造成下游隧道CO浓度偏高。     

城市“W”型中长距离沉管隧道火灾烟气运动规律研究

面对城市内河存有江中岛情况,过江隧道普遍采用“W”型的纵断面形式。揭示城市“W”型过江隧道火灾烟气运动规律具有重要意义。利用火灾动力学软件(FDS),采用数值模拟方法研究了交通正常、拥堵工况下城市“W”型中长距离沉管隧道火灾烟气蔓延范围和隧道顶部温度、流速分布规律。结果表明：交通正常时,临界风速可以较好控制城市“W”型隧道内不同区间发生火灾时的烟气;交通拥堵时,沙岛段发生火灾时危险性最高,1 800 s时烟气还有继续蔓延的趋势。交通正常时隧道顶部最高温度均小于300℃;交通拥堵时,沙岛段隧道顶部最高温度约423℃,沉管段隧道顶部最高温度约387℃,出入口段隧道顶部最高温度约350℃～400℃。交通正常时,火源下游流速明显高于上游流速;交通拥堵时,火源处流速最大,随着距离增加,流速整体呈现衰减趋势,隧道顶部流速会随坡度变化波动。     

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.     

隧道竖井外流场模拟及风塔外型结构优化研究

为提高长大隧道施工及运营通风过程中竖井通风效率，实现隧道节能通风。依托实际隧道工程，基于Fluent软件，选用RNG k-ε湍流模型，对无竖井风塔、圆柱风塔、矩形风塔和凸台状风塔4种结构、不同环境风速工况下的流场进行数值模拟，并对模拟结果进行交叉比对分析，提出最优化的竖井风塔结构形式。研究结果表明:采用风塔结构竖井出流量要远大于无风塔结构竖井出流量；对于不同竖井风塔外型结构，竖井出流量与环境风速关系呈多项式函数；当倾斜角为45°、圆心角为90°时，凸台结构对应竖井出流量最大，且受环境风影响波动较小，通风稳定性较好。建议竖井出口结构选用矩形或凸台状，实现对环境风的高效利用，提高竖井通风效率。     

纵向通风下卜型分岔隧道火灾烟气流动特性的数值模拟分析

为研究纵向通风下卜型分岔隧道内火灾烟气的流动特性,建立1∶10的卜型分岔隧道缩尺寸模型,分析火源功率和主隧道内的纵向风速对隧道内温度场和临界风速的影响。研究结果表明：其他条件不变时,随火源功率增大,主隧道内热烟气流动范围增大,热烟气最大温升增大;随通风风速增大,隧道内向主隧道下游运动的热烟气比例增加,进入支隧道的烟气减少;研究提出纵向通风下分岔角度为120°的分岔隧道顶棚下方最大温升的关系式以及临界风速表达式,为分岔隧道火灾烟气控制提供参考。     

坡屋面建筑周围放射性物质扩散的数值模拟

坡屋面建筑分布广泛,周围风场分布复杂,为解决放射性物质的绕流扩散问题,运用Open FOAM对坡屋面建筑周围的不可压缩稳态流场进行了三维数值模拟,增加组分扩散方程,研究了入流风速和屋顶倾角对放射性物质扩散的影响。结果表明,入流风速越大,放射性物质扩散越充分。坡屋面建筑排布影响风场分布,进而影响烟羽形状。当上游建筑的屋顶倾角在15°左右、下游建筑的屋顶倾角在25°左右时,在竖直截面上,速度流线沿下游建筑背风坡面爬升,烟羽抬升较高,烟羽呈上扬型;在水平截面上,顺时针涡旋和逆时针涡旋对称分布,导致烟羽对称分布,此时污染范围最小,扩散作用最为显著。可见合理的建筑布局可以减小放射性污染事件对周围环境造成的危害。     

AFTOX烟团扩散预测模型参数敏感性分析

通过设置不同环境气象条件的风险污染源,选取最大高峰浓度和最大高峰浓度出现的时间为考察指标,采用正交试验法,分析环境风险评价预测模型AFTOX中大气稳定度、事故处地表粗糙度、事故处地表类型和干湿度对其预测结果的影响。分析结果表明,当风速一致时,大气稳定度对最大峰值浓度的影响总是大于事故处地表粗糙度以及事故处地表类型和干湿度,而最大峰值浓度出现的时间对各参数的敏感性无变化。     

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。     

公路隧道内纵向通风对火灾参数影响的试验研究

公路隧道发生火灾时易造成严重后果,纵向通风作为火场排烟降温的常用措施会改变燃烧的火源功率及相关火灾参数,影响公路隧道通风排烟的设计。利用按照弗洛德相似性原理自行设计建造的公路隧道火灾烟气输运特性研究试验台,研究了不同纵向通风风速下燃料火源功率、火焰形状和烟气层高度、距火源2 m人眼高度处一氧化碳体积分数、隧道横截面竖向温度及隧道纵向人眼高度处温度的变化规律。结果表明,所研究的火灾参数与纵向通风之间呈现非线性变化关系,火源功率在纵向通风作用下出现"双驼峰"现象,随风速增大,火源功率、火焰主体长度与亮度的变化规律相似,平均燃烧速度与一氧化碳体积分数、温度变化规律一致。     

引入通风力修正社会力模型的公路隧道人员疏散仿真研究*

为研究通风对隧道内人员疏散的影响,引入通风作用力修正社会力模型,利用VS2010+Qt平台实现通风作用下隧道人员疏散速度模拟。结果表明:隧道人员疏散速度与通风风速、个体质量密切相关;通风风速增加,人员疏散速度降低且降幅逐渐增大;受个体表面积表达公式影响,个体质量对疏散速度影响以30 kg为界,当个体质量为20~30 kg时,疏散速度随个体质量增加而下降,且降幅逐渐增大;当个体质量为30~90 kg时,疏散速度随个体质量增加而上升,且上升幅度逐渐减小。研究结果为隧道通风及人员疏散方案制定提供参考依据。     

公路隧道纵向诱导风速对火灾烟气控制效果影响分析

针对某公路隧道采用集中排烟方式的工程实际,为了分析纵向诱导风速对隧道火灾烟气控制效果的影响规律,进而确定可能的火灾场景时的合理纵向诱导风速,采用火灾动力学模拟软件FDS构建了数值分析模型,并设计了相应的火灾工况.根据隧道实际交通流量、车辆类型及公路等级,确定了模拟火灾规模.分别分析了火灾规模为50 MW时隧道内不同火源位置(排烟阀打开段中部、上游1个/下游5个排烟阀、上游2个/下游4个排烟阀),不同排烟方式下(双向均衡排烟、上游端单向排烟、下游端单向排烟),不同纵向诱导风速情况时的隧道2m高处能见度、烟气蔓延范围及排烟效率,根据模拟分析结果,进而确定了不同火灾工况时的合理纵向诱导风速.结果表明:不同纵向诱导风速对集中排烟模式下烟气控制效果影响显著;特定火灾规模时,火源位置、排烟方式对合理纵向诱导风速的影响不大.     

爆破荷载作用下隧道中隔岩稳定性研究

为研究爆破动力荷载作用下隧道中隔岩稳定性评价标准,以福州地铁2号线为工程背景,结合强度折减动力分析法和数值模拟,同时考虑中隔岩塑性区贯通、位移超过规范值、计算不收敛3种判据,综合对隧道中隔岩进行动力安全系数分析,研究隧道不同净距、不同开挖进尺后行洞隧道爆破开挖对隧道整体安全系数的影响。研究结果表明:中隔岩塑性区贯通时特征点位移和规范中位移限值较为接近,可共同作为评价中隔岩稳定性的最终评价标准;隧道净距越大、进尺越小,隧道整体安全系数越高;对围岩质量较差且净距小于1.6 m的双线隧道进行爆破开挖时,建议将爆破进尺控制在2 m以内。研究结果可为类似工程提供理论参考依据。     

盾构隧道安全疏散通道加压送风计算分析

为防止盾构隧道行车道发生火灾时烟气侵入人员疏散通道,可通过在盾构隧道疏散通道内设置独立机械加压送风系统保证疏散通道内正压状态进行防烟,提高人员疏散安全性。分别利用风速法和压差法对某隧道工程疏散通道加压送风系统送风量进行试算,并采用FDS(Fire Dynamics Simulator)软件对疏散前室送风、疏散通道单侧送风及疏散通道双侧送风3种加压送风方式进行模拟分析,对比不同加压送风方式下各疏散口风速、温度、能见度的情况。结果表明,通过风速法计算得到的加压送风量要大于压差法。采用前室加压送风会造成较强的气流扰动,导致疏散口附近风速及温度剧烈波动,部分烟气进入前室,不利于人员疏散。采用疏散通道加压送风时,疏散口处风速稳定。但采用单侧加压送风时,火源下游疏散口处会有部分烟气积聚,影响人员疏散。采用双侧加压送风时烟气积聚少,疏散口附近温度、能见度等安全指标均在临界范围内,防烟效果良好,可以保证人员疏散安全。因此,建议采用纵向疏散通道加压送风,送风量建议采用风速法计算,当采用纵向疏散通道双侧加压送风时,建议在风速法得出的送风量基础上增加10%作为安全值。     

海上石油平台工艺区风环境模拟及韧性评估*

为研究不同风向下海上石油平台工艺区的风场特征和系统韧性,采用Fluent软件从8种不同风向角度对海上平台工艺区风环境进行三维数值模拟,分析研究高于工艺区地面1.5,3,4.5 m水平风场风速分布特征,确定微静风区和强风速区面积,并以微静风区域占比为指标评估系统抗灾韧性。研究结果表明:风速激增区出现在障碍物前缘或侧翼;风口顺延形成强风道,风速介于1.6～3.1 m/s之间;系统韧性与微静风区占比呈现负相关,在1.5 m高度风场处,E-90°风向时微静风区域面积占比约为69%,工艺系统韧性较弱,风险较大;NW-315°风向时微静风区域面积占比约为9.6%,工艺系统韧性较强,风险较小;随着风场高度增大,各个风向系统韧性均有所提高,W-270°风向时系统韧性升幅达12.1%,N-0°风向时系统韧性升幅达12.24%。研究结果可为海上石油平台逃生路线设计、火气监控设备布置及提高平台自身抗灾韧性方面提供指导依据。     

深埋施工隧道非稳态传热与风流热工参数反演

为改善深埋施工隧道热环境,掌握风流流经隧道过程中的热湿变化规律,采取现场实测与理论推导的方法,构建风流-围岩非稳态传热模型,依托现场实测数据对模型进行验证;基于上述理论模型,数值反演通风参数,量化通风时长、断面风速、送风温湿度对隧道环境温湿度和综合换热系数(CHTC)的影响规律,得到有效通风降温临界时间和断面临界风速。研究结果表明：当通风时长τ大于900 h时,CHTC不随通风时长的变化而变化,在该通风时域内通风不能达到降温效果;当断面风速u小于0.22 m/s时,等温线和等相对湿度线密集,在此流速区间内,气流温度梯度和湿度梯度变化显著,温差和浓度差引起的热湿传递较强,此时增大送风量,有利于降低隧道环境温湿度。     

建筑扬尘PM2.5排放及其对环境的影响

<正>随着我国经济的不断发展,城市化建设日益壮大,随之产生的建筑业也得到了蓬勃发展。面对如此快速的城市建设速度,对处理建筑扬尘污染又有了新的挑战。本文主要简单地介绍了PM2.5及建筑扬尘的相关概念,分析了建筑扬尘的排放源种类,并以某市的具体监测数据来说明建筑扬尘对城市空气中PM2.5浓度的影响情况,结果表明城市建设中建筑扬尘对城市环境中PM2.5浓度的影响较大。这在今后为建筑扬尘污染的治理提供了     

纵向风条件下隧道喷淋系统对烟气运动影响

基于FDS火灾模拟软件对不同纵向风速作用下隧道单喷淋与双喷淋灭火系统于烟气沉降作用研究分析。通过引入无量纲T/T_(aver)参数,对烟气层化强度和层化曲线进行分析。结果表明:喷淋系统对隧道降温作用明显,喷淋头位置、数量也会对烟气层的稳定带来影响,双喷头位于隧道两侧对烟气层稳定影响较小。同时风速大小会影响烟气层化强度和层化曲线,风速较低(0 m/sV≤0.5 m/s)时单、双喷淋工况烟气分层基本相同;当风速(1 m/sV≤2 m/s)时双喷淋层化强度最大、烟气分层效果更佳;当风速大于等于临界风速(V=2.3 m/s)时烟气层稳定遭到破坏,无明显分层现象。     

城市地下道路合流分岔路段烟气控制策略的优化研究

采用数值模拟的方法,对火源位于合流分岔路段上游时不同的纵向通风烟气控制策略进行了模拟分析,得到最佳的通风控制策略及送风参数。研究结果表明:火灾发生时,若只有主隧道送风,当送风风速为临界风速时,尽管火源上游烟气得到了很好的控制,但下游仍会有部分烟气会流入匝道,影响匝道内的行车安全;若加大主隧道送风风速以消除匝道内的烟气,则所需风速过大,既不经济也不安全;如果采用主隧道和匝道联合送风的送风策略,主隧道以临界风速送风,则匝道以较小的送风风速即可得到较好的烟气控制效果。该通风策略应为最优的烟气控制策略。     

不同火源功率及火源—出口距离对隧道火灾临界风速的影响研究

由于隧道特殊的建筑结构,其发生火灾时的危害性,相比于其他类型的火灾要严重的多。在隧道的消防设计中,运用纵向风排烟是隧道火灾一项重要的消防措施,如何利用纵向风的特性来有效地引导隧道火灾烟气的运动需要进行系统的研究。运用FDS数值模拟的方法进行研究。结果显示,临界风速随着火源功率的增大而增大;并且随着火源与隧道出口距离的增大呈现出线性增长的趋势。对于6.0cm和9.0cm的火灾,临界风速与火源-出口距离关系式分别为 y=0.4+0.14x, y=0.5+0.11x。因此在消防实际应用中,应当充分考虑不同火源功率和火源在隧道中的相对位置对火灾烟气运动的影响,调节不同的排烟风速进行有效、合理的隧道排烟。     

平行导洞压入式通风对特长隧道污染物分布的影响

为探究横通道开启方式对平行导洞压入式通风的特长隧道内污染物分布规律的影响,研究了不同横通道开启方式下的隧道内纵向风速、风压损失及污染物分布规律。所建立的隧道模型包含17个横通道,其中5个为车行横通道,12个为人行横通道,横通道均匀布置。考虑了5种不同的车行横通道开启方式进行研究。结果表明,在平导压入式通风时,主隧道内的纵向风速呈分段式分布,隧道中心风速最小,越靠近隧道出口的风速越大。当对称开启偶数个横通道时,由于风压平衡,隧道中心两个横通道之间的纵向风速几乎为0,无法有效稀释CO;当对称开启奇数个横通道时,隧道内风速为从隧道中心往两侧洞口方向,当平导通风风量足够大时,可将隧道内CO体积比稀释到符合规范的要求。此外,当对称开启奇数个横通道时,在相同的平导通风量下,横通道开启个数较多反而不利于降低隧道中心区域的CO体积比。所研究隧道模型中对称开启3个横通道的临界通风量最小,临界通风风量为631 m³/s,与根据规范计算得到的所需通风量相差不大。因此,在进行此类隧道通风设计时,可参考规范进行通风量的计算。研究结果可为此类隧道的通风设计提供参考。