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。     

侧部点式排烟模式下烟气分层特性研究

引入烟气掺混影响长度的概念,针对侧部点式排烟模式下不同火灾热释放速率、排烟流量等变化条件,对烟气层厚度、烟气层温度及水平流动速度随烟气水平蔓延的变化情况进行了数值模拟研究。结果表明:烟气掺混影响长度与排烟流量成正比例增长关系;排烟流量较小时,烟气存在明显分层,随着排烟流量的增大,烟气层与冷空气层剧烈掺混,烟气层变得紊乱,看不到明显的分层现象;同一纵向条件下排烟口附近上层烟气层的流速值随排烟流量增加呈现先增大后减小的趋势,不同纵向条件下排烟口外侧烟层流速较低,距离排烟口越远时,侧向排烟对烟气蔓延的抑制作用越弱;排烟流量对于烟气层稳定性的抑制作用主要集中在排烟口处及排烟口与隧道端部区段。     

半横向排烟下公路隧道火灾烟气逆流长度规律研究*

为研究不同因素对半横向排烟模式下公路隧道火灾烟气逆流长度的影响规律,采用理论分析推导火灾烟气逆流长度与火源功率、排烟速度、排烟口面积和排烟口间距4个因素的无量纲关系式,运用数值模拟研究不同因素下火灾烟气的运动规律,最后拟合得到烟气逆流长度的无量纲关系式。结果表明:在半横向排烟模式下,烟气逆流长度随火源功率的增大而增大,呈正相关关系;随排烟速度的增大而减小,随排烟口面积增大而减小,随排烟口间距的增大而减小,呈负相关关系;对数值模拟的结果进行拟合,得到相应的烟气逆流长度无量纲关系式。研究结果有助于了解半横向排烟模式下烟气流动规律及控制原理。     

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.     

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。     

扁平大空间建筑烟气蔓延影响因素研究

为研究扁平大空间内烟气蔓延影响因素,通过FDS火灾模拟软件对上海某商业综合体的商场进行模型建立,利用计算机模拟,逐一研究了水喷淋,挡烟垂壁高度,排烟口大小、数量,补风方式、补风量对烟气蔓延的影响,通过对比得出结论:增加挡烟垂壁高度对烟气蔓延影响有限,而去除水喷淋对烟气蔓延速度及质量浓度影响最大,烟气蔓延至各测点时间最多加快超过100 s,各测点烟气单位长度消光率最多上升69.51%/m;减小补风量至50%与去除水喷淋对烟气分布影响效果相当,在进行防排烟设计优化时,应优先考虑水喷淋与补风量;此外排烟量保持不变,改变排烟口数量及大小对烟气影响主要体现为蔓延速度变化。     

基于空气幕与排烟系统的隧道火灾烟气控制研究*

为研究隧道火灾时空气幕与排烟系统复合模式下的烟气蔓延规律,优化选择防排烟方式,以某越江隧道为研究对象,运用FDS数值模拟方法探究射流速度、排烟量和空气幕与排烟口间距对防排烟效果的影响。结果表明:空气幕与排烟口间距对射流特性与烟气蔓延有较强影响,间距为30 m的控烟效果最佳;空气幕与机械排烟复合作用的控烟效果远优于每个独立系统,可实现可靠挡烟和有效排烟;当火源功率20 MW时,随空气幕射流速度的增加挡烟效果有所增加,但射流速度不宜过大,取20~30 m/s;机械排烟对温度与可见度影响比空气幕作用效果显著,一定程度上增加排烟量可降低所需气幕射流速度;综合考虑防排烟的有效性和经济性,取射流速度为20 m/s、排烟量为100 m3/s为最优防排烟组合方式。     

隧道半横向排烟模式下不同排烟口分布的温度场数值模拟研究

结合某过江盾构隧道,基于三维流体动力学模拟仿真软件平台,建立三维仿真模型,研究火灾发生在隧道盾构段典型区段时,排烟开口在火源上下游不同的分布模式时烟气层的温度场分布。通过分析模拟结果可知:随着火源上游排烟开口逐步增加,火源上游烟气逆流长度和蔓延速度都相对稳定而后又逐步增长,火源下游的烟气蔓延长度先减小而后又基本趋于稳定,下游烟气沉降高度则有所升高;火源位置处正上方温度则随着上游排烟开口的个数逐步增加而逐渐升高。而从其他的排烟开口变化模式模拟结果可知:随着排烟开口面积或者开口间距的逐步增大,烟气蔓延的速度先增加而后又逐步减小,且开口间距为30m左右时烟气蔓延速度相对较慢;排烟开口宽高比对烟气蔓延影响较小。所获得的结论将有助于相关类型工程的设计和管理。     

城市地下道路V形区段坡度构成对烟气扩散和重点排烟效果的影响研究*

为了研究城市地下道路V形区段坡度构成对烟气扩散和重点排烟效果的影响,采用数值模拟手段,对V形区段内变坡点两侧不同坡度构成、排烟口的开启方式对烟气扩散和重点排烟效率的影响进行研究。研究结果表明:对于对称V形区段,采用重点排烟控制烟气相对容易,但对降低排烟道下方顶棚最高温度作用有限;针对非对称V形区段,烟气的自由扩散特性与变坡点两侧坡度差有关,增加大坡度侧的排烟口数量可以提高排烟效率,但要将烟气有效地控制在较小的范围内相对困难。实际运行中,应结合坡度的实际构成和烟气控制总目标,制定相应的排烟口开启策略。     

隧道侧向排烟口尺寸对排烟效果的影响研究

为探明隧道侧向排烟口尺寸对排烟效果的影响,研究了不同隧道宽度与排烟口宽高比条件下排烟口温度分布。结果表明随着排烟口宽高比的增大,排烟口温度分布水平对称性逐渐显著。随着宽高比的增大,排烟口内烟气所占比例不断增大,排热效率逐渐增加。随着隧道宽度的增大,排烟口处烟气温度与烟气层厚度不断降低。当宽高比小于2/3时,排烟口排出气体中烟气比例基本不随隧道宽度的变化而变化;当宽高比不小于2/3时,烟气比例随隧道宽度的增加先增大后减小,排烟效果优劣的顺序依次为:隧道宽度20 m、10 m、25 m、15 m。     

高层建筑火灾时排烟速率对排烟效果影响的数值模拟

对比分析了不同排烟速率情况下,高层建筑内烟气的扩散、走廊内温度的变化和排烟口下方烟气层厚度的变化情况。结果表明,高层建筑走廊机械排烟时,排烟速率对排烟效果影响很大。当前《高层民用建筑设计防火规范》中"排烟口的风速不宜大于10 m/s"的规定不太合理。高层建筑走廊机械排烟设计时,应根据性能化防火设计思想,取得合理的排烟速率,保证排烟口的控制距离小于烟气界面层厚度。     

直立式机械排烟临界排烟口高度

为改善地铁站台的排烟效果,提出了一种在排烟管道顶部上接风管的新型直立式机械排烟。通过数值模拟分析地铁站台火灾时采用直立式机械排烟的效果。结果表明：采用上接风管的直立式排烟相比于排烟管道顶面排烟具有明显优势,其排热量可增加14.51%;直立式排烟存在一个临界排烟口高度,当排烟口高度较低时无法排出顶棚下方的高温烟气,而当排烟口高度超过该临界高度后,受到顶棚的限制其排烟效果反而会下降;临界排烟口高度与排烟风速无关,但受排烟口边长的影响,且在临界高度时排烟口与顶棚间的距离近似等于排烟口边长的一半。     

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。     

隧道内偏置火源顶棚近壁面温度边界层效应研究

基于隧道火灾不同横向火源位置的非对称卷吸影响,通过模拟计算分析了中心火源和偏置火源产生的烟气沿纵向最大温升变化规律,研究了顶棚下方近壁面区域内的不同温度分布,提出偏置火源纵向空间最大顶棚温升公式。结果表明:在壁面黏性作用下,沿纵向蔓延的烟气最高温度在顶棚下方呈现“温度边界层”分布;随着火源位置的偏移,下游出现偏置距离起主导作用影响温度衰减的区域,衰减速度相较于中心火源逐渐降低;火源下游近壁面最高温度位置逐渐远离顶棚后趋于稳定。研究结果对于排烟方式的设计以及空间通风效果的提升有着重要意义。     

自然通风下横向走道防排烟方式和排烟口位置对烟气状态的影响模拟

通过建立高层建筑内烟气流动的数学模型,采用k-ε双方程三维紊流模型对高层建筑火灾时横向走道内不同防排烟方式和不同位置的排烟口对烟气状态的影响进行数值模拟;通过分析比较,得出对于火灾初期挡烟垂壁对延缓烟气扩散的效果明显,可以通过设置合理的挡烟垂壁高度和数量来延长疏散时间;笔者认为,重要场所应用机械排烟时,排烟口应避免设在前室附近,应将排烟口设置在以挡烟垂壁为防烟分区的中间部位;在保持总排烟量不变和不过分增加经济投入时应增设排烟口的数量以达到最佳排烟效果。     

机械排烟系统优化设计数值模拟研究

本文以一超市建筑为例,运用火灾模拟软件FDS对排烟口位置、排烟口数量、排烟量、排烟口面积等对机械排烟效果的影响进行了研究。研究表明顶棚排烟优于侧壁排烟;排烟口应尽量远离疏散出口;排烟量达到一定数值之后,再增加排烟量,对排烟效果影响不大;增加排烟口数量,并合理分布其位置,可以得到良好的排烟效果。     

地铁同站台高架换乘车站火灾全尺寸实验研究—(3)站台火灾

为了研究地铁同站台高架换乘车站台火灾情况,通过在某同站台高架换乘车站的大空间站台层区域开展0.25~1 MW规模的现场火灾实验,对烟气温度、烟气层高度和烟气蔓延时间进行分析,并建立了该类型车站站台区域顶棚烟气分布和烟气扩散时间的经验模型。研究结果表明:站台不同高度顶棚下方烟气温度呈指数分布趋势,且温度衰减速率随火源功率的增加而降低;受火源位置、顶棚结构和自然排烟的影响,站台层不同部位的烟气层高度有所差异,起火站台的烟气层高度在火源附近较高,在纵向方向呈逐渐降低的趋势,未起火站台火源断面位置处的烟气层高度较低,在纵向方向呈逐渐升高的趋势,现场应急救援和客流疏散中应充分重视未起火站台的危险性,同时防排烟设计应尽可能提高站台顶部排烟口总面积以降低烟气在扩散过程中的质量流量;烟气蔓延时间受火源功率的影响较大,在纵向方向与扩散距离呈线性增长趋势,随着火源功率的增加,烟气扩散速度逐渐升高,在0.25,0.5和1 MW的火灾规模下烟气扩散速度分别为0.33~0.4,0.41~0.43和0.45~0.81 m/s。     

火焰撞击受限顶棚条件下顶棚最高温度数值模拟研究

顶棚下方最高温度是隧道火灾发展蔓延时的重要参数。针对火焰撞击顶棚并受到顶棚侧墙限制的强羽流驱动的顶棚射流,利用FDS模拟了18种缩尺寸隧道火灾工况,研究了顶棚下方最高温度随着火源功率、火源与顶棚距离的变化规律。结果表明:火焰撞击区域附近顶棚下方温度随着火源功率的增大而降低,随火源与顶棚距离的增大而升高;相反,在远离火源区域顶棚下方的温度随火源功率增大而升高,随火源与顶棚距离增大而降低;同时,通过分析隧道中心面上顶棚下方温度分布规律,提出了火焰撞击受限顶棚时顶棚下方最高温升的预测模型,研究结果能为实际的隧道消防提供一些参考。     

水喷淋与排烟耦合作用下走廊烟气蔓延规律研究

以西安市某高层办公楼为原型,使用PyroSim建立了高层建筑长直走廊模型。通过数值模拟研究了室外风、机械排烟和水喷淋在时间和空间的耦合作用下,耦合顺序和排烟口位置对走廊烟气蔓延规律的影响。通过对烟气蔓延流场、温度场以及组分（CO、O₂）场进行对比分析,得到了高层建筑长直走廊水喷淋与排烟耦合作用烟气蔓延规律。结果表明:室外风作用下,机械排烟先耦合较水喷淋先耦合的烟气蔓延情况更有利于走廊人员疏散,且长直走廊的机械排烟口到走廊窗口的最佳排烟距离为走廊总长度的1/2。     

大坡度倾斜巷道火灾烟气温度分布特征研究

为研究矿井大坡度纵向通风倾斜巷道发生火灾时烟气蔓延特征,采用Pyrosim数值模拟方法,分析坡度为5～30°的巷道火灾顶棚烟气最高温度和纵向衰减特性;提出坡度修正系数,构建一种适合坡度大于10°的巷道顶棚烟气最高温度预测模型。研究表明:随着巷道坡度增大,顶棚烟气最高温度下降,但烟气层垂直方向温升梯度减小,高温烟气充满近火源巷道。火源下风侧顶棚烟气温度衰减服从双指数函数和分布特征;大坡度巷道火源下风侧纵向温度可以分成2个区域,当无量纲纵向距离x/H小于5时,随着巷道坡度的增大,烟气温度随距离增加而降低; x/H大于5时,坡度大于10°时,坡度越大,烟气温度越高;坡度在10°以内,坡度越大,温度越低。