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。     

水幕与排烟系统协作下隧道火灾烟气防控研究

为优化选择水幕和机械排烟系统作用下最佳防排烟方式，运用FDS数值模拟方法探究排烟速率和水幕与排烟口间距对烟流分布的影响，并对11组模拟工况下排烟效率和烟气特征参数变化规律进行研究。结果表明:20 MW的火源功率下，排烟速率为60 m3/s、水幕与排烟口间距为12.5 m时，排烟效率较高且烟气特征参数满足安全要求，考虑防排烟的有效性和经济性，可选其为最优防排烟组合方式。研究结果对防排烟系统的设计具有指导意义。     

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%。     

不同控烟方式下火灾烟气运动演化规律比较分析

为优化选择与确定最优控烟方式,最大限度地减少人员伤亡和财产损失,利用火灾场模拟软件FDS对南宁市某地下超市火灾烟气的运动过程进行数值模拟,分别探讨了自然排烟、机械排烟、喷水灭火系统、机械排烟与喷水灭火复合系统4种火灾场景下烟气的运动过程,揭示出不同场景下火灾烟气的运动演化规律.结果表明,与自然排烟相比,机械排烟对于降低CO(低0.21％)和CO2(低2.6％)体积分数效果明显,能有效阻止O2(高1.8％)体积分数与能见度降低(延缓120 s);喷水灭火系统能有效降低烟气温度(降低200℃),在一定程度上抑制O2(高1.0％)体积分数的降低;机械排烟与喷水灭火复合系统能有效降低CO(低0.24％)和CO2(低3.4％)体积分数及烟气温度(降低270℃),还能阻止O2(高3.2％)体积分数与能见度降低(延缓160s);机械排烟、喷水灭火系统均对地下超市火灾烟气蔓延有较强的阻碍作用,但每个独立系统的控烟效果远不及机械排烟与喷水灭火复合系统明显.     

侧部集中排烟隧道排烟量优化研究

从火灾烟气蔓延及其控制效果出发,采用FDS6. 2构建东湖隧道侧向集中排烟模型,通过对不同排烟量下隧道内烟气蔓延范围、排烟效率、温度场、人员疏散微环境排烟效果指标进行定量分析,得到东湖隧道侧部集中排烟系统在20 MW火灾时合理排烟量为300 m3/s。研究表明,侧部集中排烟模式下,当风机排烟量大于有效控烟所需风量时,配以2. 69 m/s隧道断面风,风机排烟量越大对隧道内火灾烟气蔓延的控制效果越明显。     

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。     

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％.     

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。     

地铁区间隧道半横向排烟方式的数值模拟研究

为了研究地铁区间隧道半横向排烟方式对排烟效果的影响,利用火灾动力学模拟软件FDS研究在车厢内部着火且火源功率为5 MW的情况下,不同的排烟道高度、排烟风速、排烟口开启个数对隧道内烟气控制的影响,即对不同工况下,隧道内烟气蔓延情况、人眼特征高度处的CO浓度、温度进行研究并作对比分析。结果表明,综合考虑排烟效果与隧道挖掘成本,排烟道设置高度为1.6 m较为合适;排烟风速控制为10 m/s并且开启火源附近2个排烟口能获得较好的排烟效果。     

基于多指标约束的隧道集中排烟量设计模型

利用经典羽流模型计算烟气生成量来设计隧道集中排烟系统的排烟量存在设计量偏小的问题。从火灾烟气控制效果出发,选取排烟效率、烟气蔓延范围、烟气流动速度、人员疏散微环境4个指标,提出一套隧道集中排烟系统的评价指标,构建基于多指标约束的隧道集中排烟量设计模型。通过FDS 5.0对某越江隧道火灾时的各评价指标参数值进行模拟计算,得到该隧道集中排烟系统在20MW火灾时的最适排烟量为140～150 m3/s。研究表明,利用多指标约束的排烟量设计模型可提高隧道集中系统排烟量设计的准确性。     

地铁侧式车站列车火灾排烟模拟研究

利用火灾动力学模拟方法,对地下一层地铁侧式车站列车火灾的烟气蔓延规律和排烟效果进行了模拟研究。首先生成了地铁车站的三维模型,基于通风排烟系统的事故运行方案,对列车火灾烟气扩散过程、气流组织模式和烟气参数进行了计算模拟。模拟表明：排烟系统启动后,中间隧道的两端向内形成了大于5m/s的流速,屏蔽门处流速为站台流入隧道,可有效阻碍烟气进入站台区域,烟气排放主要通过车站轨顶风口排放,烟气在500s左右进入站台,排烟系统有效减缓烟气在站台的下降时间,为列车内乘客疏散提供了可用的安全疏散时间。     

高层建筑火灾时烟气的垂向组合控制研究

高层建筑火灾时,正压防烟带入的大量新鲜空气被送入着火层并稀释了烟气,降低了机械排烟效率。采用垂向组合控制的模式,对高层建筑内烟气流动采用双方程三维紊流模型,通过实验和模拟对比分析各排烟模式的排烟效果。结果表明,对条形走廊,单独设置空气幕能有效阻挡烟气进入前室,但防烟时间相对较短,同时采用空气幕和正压时,挡烟时间至少增加了60 s,且挡烟效果和单独前室正压相同,但所需新鲜空气量却减少了1/3,且此模式下的烟气在空气幕和前室正压作用下经过两次降温,温度下降效果明显,在竖井中容易形成滞止状态,使烟气在中性层上方向其他楼层扩散的趋势降低,对整栋楼内人员疏散更为有利。     

半地下有轨电车车站火灾自然排烟模式研究

为确定半地下有轨电车车站火灾情况下自然排烟模式的排烟效果,以某城市有轨电车典型车站为研究对象,采用数值模拟法建立全尺寸模型进行计算,研究半地下有轨电车车站在列车火灾情况下采用自然排烟模式时,车站空间内温度分布、排烟口与楼扶梯口流速等特征参数演化特征,分析半地下有轨电车车站火灾发生时,采用自然排烟模式的气流流场、烟气运动过程及控制效果。研究结果表明:在半地下有轨电车车站采用自然排烟模式,在规定时间(6 min)内烟气未降至危险高度处,自然排烟模式可用于该类车站通风排烟设计;自然排烟模式下气流组织主要由火灾烟气热浮力控制,无法保持稳定的气流组织与楼扶梯口的补风流速,具有一定的局限性。     

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。     

大空间建筑不同排烟系统作用下的烟气控制效果研究

利用FDS(Fire Dynamics Simulator)分别对自然排烟和机械排烟作用下的中庭火灾烟气控制效果进行了数值模拟研究,自然排烟口的面积分别为中庭地面面积的5.6%、11.3%和22.5%,机械排烟量分别为43182m3/h和102000m3/h,同时改变机械排烟口的位置。通过对比各工况下的竖向温度分布、中庭内温度场、烟气层界面高度来判断不同工况下的排烟效果,并计算得到了相应排烟效率来判断各排烟模式下的排烟有效性。结果显示,中庭内的温度和排烟效率都随排烟量的增大而减小,自然排烟的排烟效率最低,仅为17.9%~21.3%,机械排烟量43182m3/h时的排烟效率最高,可达45%左右。     

空气幕对城际铁路地下车站火灾烟气控制数值分析

为将空气幕作为城际铁路地下车站控烟措施提供理论依据,进而为地下车站防灾控烟设计提供新思路,以某典型城际铁路地下车站岛式站台层为依托,采用火灾动力学三维模拟软件FDS建立全尺寸火灾模型,对比单吹式、吹吸式空气幕布置于站台与轨行区间时楼梯及站台处温度及可见度分布规律,并分别对单吹式、吹吸式空气幕的射流风速、射流角度进行了参数优化研究。结果表明:单吹式、吹吸式空气幕均可保证火灾下楼梯区域可见度和温度的安全性要求;单吹式在射流风速为12 m/s且射流角度为10°时,吹吸式在射流风速为8 m/s时,防烟效果良好且趋于稳定;采用单吹式的最小站台危险区域较吹吸式长15 m,建议在城际铁路地下车站中选用吹吸式空气幕。