低真空隧道列车车厢内部火灾乘客疏散方案

为探究真空管道运输系统内列车火灾的人员疏散问题及烟气蔓延规律,运用火灾模拟软件(FDS)及人员仿真疏散软件Pathfinder,以低真空隧道内由5节车厢构成的高速列车车厢火灾时乘客疏散为研究对象,综合比较10种疏散方案中疏散时间、烟气蔓延程度及CO体积分数,得到乘客最佳疏散方案,并设计救援车对接高速列车车门的辅助疏散方式。结果表明：当着火车厢的乘客疏散至相邻车厢时,乘客的最佳疏散方式为靠近门口的2排乘客与靠近火源的1排乘客同时离开,随后按照与火源的距离由近到远逐排撤离。若采用救援车辅助疏散,当火灾发生在车厢1、车厢2或车厢3时,救援车到达后完成全车乘客疏散的总用时分别为533、586和376 s;车厢1发生火灾时,门1的利用时间为200 s;车厢2发生火灾时,门1的利用时间为145 s;当车厢3发生火灾时,2个门的利用率较为均衡。因此,在实际疏散时,可以采用语音播报的形式引导乘客充分利用好2个车门,以节约疏散时间。     

火源功率对室内变压器火灾燃烧特性影响研究

为了研究不同火源条件下变压器火灾动力学过程,利用全尺寸变压器火灾试验,验证了隐蔽、立体、多尺度的变压器火灾数值模拟的有效性,模拟5,10,15,18 MW火源功率下变压器室内火灾烟气蔓延、温度分布变化。研究结果表明:火源功率对烟气蔓延速度和温度分布影响较大,当火源功率在18 MW以内时,变压器油燃烧时间在30 s内,产生的热均不会使变压器室内壁面和顶棚处的烟气温度超过300 ℃,没有达到混凝土的耐火极限。     

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。     

不同隧道坡度与车厢火灾位置情况下烟气蔓延特性研究*

为研究含坡度隧道不同火源位置情况下车厢火灾烟气蔓延特性,采用CFD数值模拟方法,建立全尺寸地铁隧道与列车数值模型,研究车厢不同火源位置情况下火灾烟气纵向温度分布规律,探讨倾斜隧道车厢火源位置对烟气蔓延的影响。研究结果表明:当火灾烟气蔓延处于纵向通风惯性力与热浮力竞争作用控制阶段时,火源位于车厢上游方向时火灾烟气向车厢方向蔓延距离小于火源位于车厢下游方向情况,且随坡度增大,火源位于车厢上游方向烟气逆流长度不断减小,位于下游方向烟气逆流长度不断增大;当纵向通风风速达到2 m/s时,火源位于车厢上下游方向2种情况下,列车车厢方向均无烟气蔓延（逆流长度为0）,此时火灾烟气蔓延将主要由纵向通风控制,隧道坡度无显著影响。     

隧道火灾烟气温度及蔓延速度衰减特性

在隧道火灾烟气内部温度竖向分层的条件下,利用理论分析和数值模拟研究隧道横截面烟气平均温度沿隧道纵向的衰减特性,并量化其对烟气瞬态蔓延速度的影响。在同一隧道截面上,某点处烟气温度随着该点与隧道顶棚之间距离的增大而近似呈线性降低。理论分析表明：将上述温度分层特性考虑在内之后,烟气通过侧壁的热损失比传统算法减小一半。烟气温度与蔓延速度沿隧道纵向的衰减率主要受烟气流量及壁面换热系数的影响;在确定烟气流量时不仅需要量化羽流产烟量,火源附近密度跃变卷吸空气量约为羽流产烟量的10%;烟气与壁面的换热系数不是常数,而与烟气蔓延速度成正比。基于以上分析建立不同截面处烟气平均温度的理论模型,并根据蔓延速度与浮力通量的内在关系,提出烟气蔓延速度预测模型;二者均随着烟气蔓延长度的增大而呈指数衰减。最后利用FDS研究不同火源功率条件下烟气温度和蔓延速度在隧道纵向的衰减率,理论模型与数值模拟的结果比较一致。     

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。     

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。     

自然通风条件下隧道火灾动态监测仿真分析

为了降低隧道火灾事故影响,如何动态监测隧道火灾的情况是需要解决的关键性问题。通过FDS场模拟软件建立隧道火灾模型,模拟小型货车车厢位于隧道中部着火的隧道火灾情况。分析火源近场的火源功率及隧道顶部温度变化,探测温度场分布动态变化相关性规律。结果表明：火源功率前200 s内处于稳定阶段,1 000 s左右达到最大火源功率。隧道顶部温度整体趋势先升后降,热烟气呈现加速状态,温度变化曲线缓步上升。火源近场隧道顶部温度变化曲线与热释放速率曲线趋于一致,可根据隧道顶部温度变化曲线监测近场火源的动态变化。近场4处测点在12 min内处于临界高程和温度之内,此时火灾扑救人员相对安全,灭火可在此范围内采取内攻方式,为消防救援提供一定参考。     

半敞开式隧道不同季节火灾时的烟气扩散数值模拟研究

运用FDS(Fire Dynamic Simulation)火灾模拟软件对半敞开式隧道不同环境温度着火时烟气扩散情况进行模拟,得到隧道内温度和CO浓度的变化特征及烟气纵向蔓延规律和沉降规律.结果表明,隧道采用自然通风能起到很好的排烟效果.火源正上方产生的高温对隧道顶棚结构具有较大的威胁,但火源附近安全高度处烟气温度迅速降到环境温度,不会对人员安全疏散构成威胁.冬季烟气沉降比其他季节严重,但在300 s内没有降到安全高度1.8m以下,对人员逃生影响较小.     

隧道口间紧急救援站防灾通风系统设置条件研究

为合理设置长大铁路隧道群紧急救援站的防灾通风系统,采用模型试验和数值模拟的方法研究不同隧道群洞口间距(明线段长度)条件下,列车火灾烟气对相邻隧道内环境的影响,得到无需设置防灾通风系统的洞口安全距离。研究结果表明:距火源点20 m以内,列车火灾烟气对温度、可视度影响严重,50 m以外基本无影响;考虑火源蔓延车厢的长度、火灾列车安全停车距离、烟气影响范围等因素,得出隧道口紧急救援站的洞口间距(明线段长度)大于250 m时,列车火灾烟气对隧道内环境几乎无影响,可不设置防灾通风系统;该间距小于250 m时,应设置防灾通风系统。     

沉管隧道内车厢火羽流的临界风速研究

为探究纵向通风与侧向集中排烟协同作用下,沉管隧道内车厢火羽流的临界控制风速特征,首先,建立1∶8缩尺寸隧道试验模型;然后,选取3种车厢开口尺寸及9组火源功率,并考虑侧向集中排烟系统开启和关闭2种状态,采集沉管隧道内不同纵向风速下顶棚烟气温度数据;同时,通过火灾动力学模拟软件(FDS)模拟沉管隧道内车厢火羽流的速度场和温度场分布特征;最后,分析临界风速演化的物理影响机制。结果表明：无论侧向集中排烟系统是否开启,隧道顶棚下方烟气最大温升均会随纵向风速增加而下降,同时隧道内烟气逆流长度也会不断缩短直至为0;随隧道内车厢火源功率的增加,临界风速均呈现先增大后不变的趋势;在相同火源功率条件下,侧向排烟系统开启时对应的临界风速明显大于其关闭的情况;在侧向排烟与纵向通风协同作用下,随火源功率增加,沉管隧道车厢火羽流临界风速呈现先增加、后不变的分段函数关系。     

盾构铁路隧道坡度对火灾烟气蔓延的影响研究*

为研究坡度隧道内列车阻滞后的火灾烟气蔓延行为，利用火灾动力学模拟软件（FDS）建立盾构铁路隧道火灾模型和CRH6高速列车阻滞模型，隧道坡度分别为0%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%和4.0%，通过分析隧道内烟气、温度、能见度等特征参数的变化规律，研究坡度隧道内高温烟气的受力情况，探讨坡度变化对火灾烟气蔓延的作用机理。结果表明，坡度隧道内发生火灾，随着烟气的蔓延，隧道内形成沿坡度方向的烟囱效应力，使得烟气在火源两侧呈不对称分布。火源下游区域的高温烟气在火风压和烟囱效应的协同作用下蔓延速度比上游更快，下游烟气层分界中性面与隧道轴线平行，上游烟气层分界中性面呈现水平状态。有坡度的铁路隧道内发生火灾，建议向火源下游方向施加纵向机械通风，人员向火源的上游方向疏散逃生更安全。     

基于FDS模拟的动车车厢火灾烟气迁移特性研究

运用FDS软件大涡模拟,建立动车组列车两列车厢的火灾模型。研究多火源和单火源情况下,不同风机排风速度对烟气在列车车厢内蔓延以及烟气层高度的影响。结果表明:多火源情况下,当风机排风速率较小(2.5m/s)时,风机在排烟的同时也在一定程度上助长了烟气的蔓延,导致烟区面积扩大,不利于车厢内人员疏散;而当风机风速较大(5.0m/s)时,烟气的横向蔓延会受到明显的抑制。单火源情况下,风机排风速率越大,烟气层高度越高,车厢内温度越低,此时应保持车厢间的连接处畅通,便于人员从临近车厢疏散。     

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。     

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。     

基于全尺寸火灾试验的高速列车火源功率确定分析

如何科学设定火源功率是研究高速列车火灾防治的基础和关键,目前大多数研究均基于假定火灾设计,缺乏系列全尺寸火灾基础试验数据,对此国内外研究尚处于空白。本文以CRH1为研究对象,采用全尺寸火灾试验,分别对车厢座椅、行李、窗帘等车厢内主要可燃物引燃特性、质量损失速率、烟气释放速率、温度场分布等火灾参数及燃烧行为特性进行定量分析;在此基础上,运用热释放速率分段线性叠加、质量损失速率计算及t2稳定火源模型等方法计算分析,最终创造性提出高速列车车厢火源功率应为37MW,进而为高速列车火灾危险性分析及火灾综合防治技术研究提供科学理论依据。     

全尺寸隧道火灾实验研究与烟气逆流距离的理论预测

在建成的隧道中实施全尺寸火灾试验,得到隧道火灾自然通风模式下的烟气温度纵向变化数据和纵向蔓延情况。用OriginPro7.5软件对实验数据进行处理、拟合,得到3次实验的烟气逆流的顶棚射流温度随着离开火源距离纵向衰减规律,建立了计算烟气逆流距离的预测公式。根据隧道实体火灾实验的测量结果与理论模型的预测结果的对比,验证了理论模型的有效性,为市政公路隧道建设采用自然通风模式提供科学依据。     

地铁长大区间隧道火灾排烟模式有效性研究

为了研究地铁长大区间隧道火灾烟气控制模式,以国内某在建长大区间隧道为研究实例。选取了区间隧道内3个不同的位置作为列车着火位置,分别为每种工况设置不同的排烟送风模式。基于FDS软件进行仿真模拟,研究各工况下,隧道内顶棚温度、风速、流量的变化及隧道顶棚稳定温度纵向分布,获得了不同工况下的排烟效果。研究表明,根据区间内着火位置不同,采取相对应的排烟送风模式,使火灾烟气的蔓延得到了有效控制。     

地铁车站及隧道全尺寸火灾实验研究(2)——区间隧道火灾

为了研究强制通风情况下地铁区间隧道火灾时的烟气扩散规律,在一实际地铁区间隧道内开展了全尺寸火灾实验。实验改变火源功率,在区间隧道通风排烟系统启动状态下,研究了区间烟气纵向蔓延速度、烟气竖直温度分布和水平温度变化,分析了烟气火焰倾斜角,顶棚烟气温升的纵向指数变化特征。实验结果对于地铁区间隧道火灾烟流控制及防排烟设计提供了数据支持。     

车辆阻塞效应下隧道火灾烟气温度及烟气逆流长度变化规律研究

通过数值模拟方法对车辆阻塞效应下的隧道火灾烟气温度及烟气逆流长度的变化规律进行了研究。主要分两种车辆阻塞效应讨论:1辆设定大小车辆障碍物阻塞;2辆设定大小车辆障碍物阻塞,且在同一车道。通过改变火源高度、纵向通风速度探究了车辆阻塞效应下隧道火灾烟气温度及烟气逆流长度的变化规律。结果表明:两种车辆阻塞效应下,随着火源高度的升高,隧道内顶棚烟气温度的变化规律相同:随火源高度的升高而增大。2辆车辆阻塞下的隧道顶棚烟气温度略低;两种车辆阻塞效应下,随着火源高度的升高,隧道内烟气逆流长度的变化规律不同。1辆车辆阻塞下烟气逆流长度随火源高度的升高而增大,而2辆车辆阻塞效应下烟气逆流长度随火源高度的升高而减小。