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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

隧道火灾相向射流排烟系统烟气质量流率比例系数

为探究隧道相向射流排烟系统中火灾发生时烟气的流动特性,通过FDS数值模拟研究隧道内不同上、下游风速工况下的上、下游烟气质量流率变化。基于等效风速、理论分析和数值模拟结果得到上、下游风速与烟气质量流率比例系数的关系式。结果表明：当等效风速小于临界风速时,上、下游烟气质量流率比值和烟气质量流率比例系数随等效风速增加而减小,并且等效风速与上、下游烟气质量流率比值存在线性关系;当等效风速大于临界风速时,上、下游烟气质量流率比值和烟气质量流率比例系数为0。     

纵向通风条件下隧道坡度对火灾烟气流动影响的实验研究

纵向通风是隧道烟气控制的常用手段之一,若风速足够大,烟气会保证向一个方向蔓延,达到纵向排烟的目的,但同时过大的风速可能会破坏烟气层结构,造成烟气层紊乱,危害到地面附近疏散的人群。因此隧道排烟的策略应是在保证烟气层维持一定时间分层的前提下合理排烟。在实际中,很多隧道都是存在坡度的,这就可能产生烟囱效应,导致倾斜隧道内烟气的扩散速度会与水平隧道不同,进而影响到纵向通风排烟策略。本文采用比例模型的实验方法,对不同坡度及纵向通风风速条件下隧道内火灾烟气流动规律进行了研究。结果表明,隧道坡度越大冷空气卷吸越强烈,烟气降温越快,烟气沉降速度也越快。同时初步得到了本实验条件下的烟气分层化临界风速,并与理论分析结果吻合得较好,为研究烟气的运动情况和人员疏散方案提供重要参考依据。     

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.     

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.     

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。     

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。     

纵向风速对隧道内烟气发展影响的实验研究

通过在鹰嘴岩隧道内的现场模拟火灾试验,对不同纵向通风速率下隧道内烟气发展过程进行了研究。结果表明,纵向风速和火源大小均对烟气层沉降有重要影响。相比之下,纵向风速对烟气层沉降的影响更大;火源位置较高时,烟气层热膨胀力较大,在距离火源一定距离外仍可产生上游方向的烟气逆流;一定坡度的隧道在某种条件下可以产生"弱烟囱效应",导致烟气向下游方向的流速增加。在隧道设计中可以考虑利用这一点来增加排烟效率。     

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。     

隧道火灾的全尺寸试验研究

在3条公路隧道上进行了10次全尺寸试验，研究不通火灾条件和风速下烟气的运动情况。主要测量了各隧道1000m范围内的拱顶下方烟气温度、烟气层高度分布以及烟气前锋的运动情况等，并分析了纵向风速对火灾羽流形态、烟气前锋运动速度、隧道内线型缆式感温探测系统响应等的影响。此处所列的所有全尺寸试验数据可以进行进一步的分析，以便研究各种已知火灾模型在计算长隧道火灾时所得的结果是否有效。     

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。     

复杂结构隧道火灾烟气逆流与温度分布的数值模拟

隧道结构对火灾具有一定的影响,为了得到大曲率、变坡度复杂结构隧道火灾的烟气特性,依托深圳市某长大公路隧道建设工程,建立隧道模型,利用Star-CD/CCM^+数值模拟软件的烟火向导模块,对不同通风速度下的重型货车火灾进行了模拟研究,分析了不同通风速度下隧道内的纵向温度分布规律。结果表明:火灾热释放速率为30 M W时,无通风条件下,火灾烟气的最高温度位于隧道顶棚下方20 cm处,火源正上方的温度最大达到1190℃,隧道坡度的存在使得火源上游烟气逐渐向下游扩散,下游烟气温度在300 s后保持在500℃以上,该高温会对隧道结构造成一定的损伤;控制烟气逆流的临界风速为4.0 m/s,大于由Wu&Baker经验公式得到的值.表明隧道曲率对流场运动有一定的抑制作用;在该临界风速的作用下,烟气向火源下游扩散,扩散速度为6 m/S,烟气的最高温度降低至550℃,且位置向火源下游偏移6 m。建议火源下游行驶车辆的疏散逃生速度大于6m/s。     

螺旋隧道火灾特性小尺寸实验研究

为探明螺旋隧道火灾特性,防止人员高温伤害,基于Froude准则,搭建比例1∶67的小尺寸螺旋隧道实验模型,采用模型实验方法研究不同坡度和不同风速下螺旋隧道火灾温度分布规律及烟气蔓延特性。研究结果表明:低坡度条件下,螺旋隧道内高温区以火源为中点呈对称分布状态;随着坡度的增加,隧道内高温区逐渐向下游延伸,火源处拱顶下方温度呈现先增大后降低再升高的变化规律;无论是自然风还是机械纵向通风,新鲜冷空气的吹入对隧道温度的降低起到主导作用,且风速越大,温降幅度越大;随着隧道坡度和自然风速的增加,火羽流由竖直狭长型转变为燃烧不稳定的大截面火焰,同时坡度增加抑制了火灾烟气逆流,促进了烟气向火源下游的蔓延速度,大大提高了排烟的有效性,减少人员伤害。     

阻塞效应下隧道火灾临界风速的模型试验研究

迄今关于隧道火灾临界风速的研究多在隧道内不存在或存在小阻塞物的情况下进行,现有的临界风速预测模型对于隧道内存在较大阻塞物情况下的火灾烟气控制的适用性尚需验证。然而,地铁隧道中列车截面通常占据隧道横断面很大的比例,相应隧道断面阻塞比下的火灾试验研究并不多见。因此,根据相似理论搭建了1∶10缩尺寸矩形隧道试验模型,进行了无阻塞及断面阻塞比为20%、30%、40%、50%、60%情况下的油盘火试验,并利用数值模拟复现了试验,利用临界风速实测值和模拟值对现有的临界风速预测模型进行了适用性验证,并且研究了阻塞情况下的临界风速随阻塞比、火源释放速率等的变化规律。结果表明,随阻塞物占据隧道断面积比例增大,临界风速明显呈线性下降趋势,基于试验数据分析,得到了阻塞情况下的临界风速预测模型,并进一步利用现有全尺寸隧道火灾试验数据验证了该模型的可靠性。     

坡度对地铁区间隧道火灾中人员疏散影响研究

为探究地铁区间隧道发生火灾时坡度对人员疏散的影响，运用Pyrosim和Pathfinder软件对区间隧道发生火灾时人员的疏散情况进行数值模拟，分析火灾烟气影响下的人员疏散速度系数，重点研究不同坡度以及不同疏散策略下的人员疏散过程。结果表明：在列车中部发生7.5 MW火灾并紧急停靠在区间隧道中部的情况下，随着坡度的增大，火灾烟气对上坡方向疏散人员的影响逐渐增大，造成人员的疏散速度逐渐减小；当隧道坡度大于1.3%时，与火灾烟气的威胁相比，人员密度对下坡方向人员疏散速度的影响占据主导作用，建议尽量采用往下坡方向疏散的策略；对于坡度小于1.3%的隧道，可同时选择上下坡2个出口疏散。     

大型超市火灾情况下人员疏散模拟分析

针对大型商场在火灾情况下,人员是否能够及时逃生的问题,采用计算流体动力学软件FDS和大型疏散模拟软件building EXODUS对徐州某大型超市进行火灾时人员疏散的模拟。在火灾场景下,由于烟气对于人员顺利逃生有着重要的影响,运用FDS软件模拟得到着火层四周出口处烟气的下降速度,烟气浓度以及能见度的变化情况,从而给出人员安全疏散的最佳时间,再应用building EXODUS模拟当超市人流量最大时人员的疏散情况,得出该大型超市内人员逃生所需的时间,两种模拟所得时间进行对比分析,可得到人员是否能安全疏散的结论。