下行风流火灾管道试验与烟流动力特征研究

为了明确矿井巷道通风量及角度变化对火灾的影响规律，运用矿井火灾管道试验平台及各种传感器数据采集系统，开展下行通风火灾的管道相似模拟试验，得到在不同通风机动力和巷道倾角下巷道风量、各测点温度随时间的变化规律，对下行风流火灾时的风流紊乱状态有了进一步认识。结果表明，火灾时燃烧温度迅速到达顶峰后温度衰减速度随风量增大而加快，巷道火灾高温区域随着巷道风速增大而向火源下风侧移动。增大巷道倾斜角度，火风压作用增强，通风系统稳定性降低，更容易发生烟流逆退现象。在下行通风试验中，存在一个使火风压与通风机动力大小相等方向相反的临界风速。矿井火灾烟流是否产生逆退现象与通风能力有关，通风能力越强，巷道风流克服火区阻力、保持原状态的能力越强。     

火灾时期矿井通风系统风阻飘移仿真模拟研究

针对矿井火灾时期矿井通风系统总风阻飘移(改变)的问题,建立矿井通风网络计算机仿真数值模型,编制计算机程序.火灾发生时,在火风压的动力作用下,矿井总风阻发生飘移,即上行风流火灾导致矿井通风机通风系统总风阻增大.当火灾高温烟流处在并联风路的一个分支时,风阻飘移量显著增大,当处在矿井通风主干风路时,风阻飘移量比较小.火灾时期矿井风阻发生飘移的原因是火灾动力对通风系统的干扰,并且是由于通风机处在与外部漏风分支相并联的位置上、火灾点处在某一支风路上而产生的.模拟试验结果表明:风阻飘移量随着火灾火势的增大而增大,通风机能力越大,风阻飘移量越小;提高通风机能力,有利于克服通风机通风系统总风阻飘移的问题;同时,处在并联支路上的上行风流火灾,风阻飘移量也与矿井本身总风阻大小有关,原始风阻越大,风阻飘移量越小.火灾火势与风阻飘 移量变化的函数关系在文中给出.     

矿井巷道火灾烟流逆退数值模拟及临界风速研究

为了研究矿井发生火灾后高温烟流的蔓延规律及影响因素，利用COMSOL软件对火区进行数值模拟，建立巷道三维模型，得到火区风流速度与温度分布。通过改变边界条件，分析火风压作用下，火区烟气在不同控制风速、巷道条件作用下蔓延规律，得出不同因素与临界风速的关系，为选取合理的火灾控制风速提供理论依据。研究结果表明:火源温度一定时，巷道入口风速越低，火源下风侧高温烟流越靠近巷道顶部，随着风速增大，向巷道下部蔓延；风速较低时，在火区火风压的作用下，会产生烟流逆退现象，随着风速的增大，逆流层长度和厚度随之减小；巷道入口通风条件不变时，火区温度越高越容易产生烟流的逆退，影响范围越大；巷道高度越高、上行风坡度越小，越易发生逆退现象；不同影响因素与巷道平均温度不成正比关系，其中下行风坡度5~15°时巷道平均温度较高且易于发生烟流滚退现象，影响范围较大；火源温度、巷道条件与临界风速的数据拟合结果对预测巷道的临界风速有较好的参考价值。     

矿井火灾时期风流紊乱的动态分析

本文采用动态分析法,分析上行风流火灾中旁侧支路风流逆转的现象。首次提出了长度越大,初始风速越高的巷道越不易发生风流逆转的结论。从而突破了静态分析法的局限,加深了对矿火井灾风流紊乱现象的认识。该结论为选择最佳的避灾路线提供了新的依据。     

通风和开口形状对地下硐室火灾影响的实验研究

针对狭长通道侧向风和不同开口形状对硐室火灾燃烧状态及火焰溢流现象的影响，利用自主设计搭建的小尺寸实验台对侧向通风条件下地下硐室火灾燃烧规律进行研究。实验设定了200 mm×400 mm，300 mm×300 mm，400 mm×200 mm 3种硐室开口尺寸（长×高），选取1.2，3.3，5.1 m/s 3种通风速度和13.8，41.4，69.0 kW 3种火源功率。研究结果表明:在侧向风作用下，可燃气更容易被吹出造成火焰溢出燃烧现象；侧向风在中性面上部区域主要起降温作用，在中性面下部区域则起升温作用；通风因子大的开口工况，室内温度更高，也更容易达到轰燃条件；宽且低的开口使得高温气体与通风风流在较低处混合，其结果导致硐室下部温度较高，对火灾初期人员疏散不利。     

不同风速下胶带巷火灾温度场及灾变风流数值模拟研究

本文以中煤集团王家岭煤矿胶带巷为模型,运用火灾动态模拟软件(FDS),研究其上行通风方式下,胶带巷火灾的温度场及灾变风流流动规律。结果表明:随着时间的延长,各测点温度先快速升高,随后保持平稳,且距离火源位置较近的温度测点升温时间较早。此外,各烟气测点位置烟气浓度在短时间内均急剧升高,且随后保持平稳。随着风速的增大,巷道中的CO浓度及烟气蔓延范围逐渐减小,当风速超过1.5 m/s时,烟气逆流现象被抑制,风速高于2.5 m/s时,巷道中未出现烟气逆转现象,研究结果可为井下人员的逃生避灾提供理论指导。     

“T”型地铁换乘站多点火灾工况下综合火灾危险性研究

为探究大型地铁站多线路火灾场景中的综合危险性，采用火灾动力学软件FDS构建“T”型换乘站全尺寸模型，对不同火源位置、不同火源功率以及是否开启地铁排烟风机等12组工况进行数值模拟；采用性能化方法确定可用疏散时间，并通过综合火灾风险评估方法计算各工况总安全指数。结果表明:1号线站厅层和2号线站台层双点火灾为最不利火灾场景；1号线站台层和2号线站厅层双点火灾为相对安全火灾场景；火源功率的增大会增加地铁火灾危险性，但不同火源位置工况中的安全指数变化趋势相似；排烟模式开启前，1号线站厅层火灾会导致较大的火灾危险性；排烟模式开启后，地铁总安全指数显著上升且安全指数变化趋势改变，此时2号线站台层火灾会导致较大的火灾危险性。     

纵向通风条件下对隧道内烟气运动影响因素的实验研究

通过在中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室进行的小尺寸隧道火灾实验,研究了不同坡度、火源功率以及纵向烟控风速对隧道内烟气运动的影响。结果表明:隧道坡度、火源功率与纵向烟控风速的大小对烟气层沉降都有着重要的影响。坡度越大烟气所受到的浮升力越大,冷空气的卷吸能力越强,因此烟气降温越快,烟气沉降速度也越快。纵向烟控风速越大,烟气层冷却越快,从而越易沉降。火源功率越小,供给烟气层的对流热量越少,烟气层温度越低,浮力越小,则烟气层越易沉降。     

环境风-烟囱效应对高层建筑竖向通道火灾烟气行为耦合影响

为探究高层建筑竖向通道火灾烟气在环境风与烟囱效应耦合下的输运行为，以赣州市某高层建筑的竖向通道为研究对象，采用Pyrosim建立4种火灾场景的物理仿真模型，并运用火灾动力学模拟软件(Fire Dynamics Simulator, FDS)模拟分析环境风与烟囱效应耦合作用下竖向通道火灾烟气蔓延行为。结果显示：在环境风或烟囱效应单因素作用下，竖向通道中的烟气蔓延速度与CO体积分数均上升；环境风速越大，对竖向通道内火灾烟气温升的抑制效果越强。在环境风与烟囱效应双因素耦合作用下，竖向通道中火灾烟气的相关行为特征更加显著，烟气到达竖向通道顶部时长最大缩减了44.5 s,同高度CO体积分数最大涨幅达到0.13百分点，竖向通道内温升则出现明显削弱现象。研究结果可为高层建筑竖向通道防火及排烟设计提供理论依据。     

基于FDS的某酒店火灾致死原因分析

利用FDS模拟某酒店火灾发展过程,获得火灾增长过程、烟气蔓延规律及相关参数,分析人体极限温度、CO致死体积分数及极限O2体积分数3项致死因素,验证酒店火灾致死的主要原因。结果表明,酒店火灾发生360 s时,夹层火势达到全盛时期;477 s时,各楼层客房内均有烟气进入。最后验证了导致酒店人员死亡最主要的原因是CO中毒,其次为高温灼伤。离火源位置越近,致死原因越有可能是高温灼伤;离火源位置越远,致死原因越有可能是CO中毒。     

分岔隧道火灾烟气流动特性研究*

为探究分岔隧道烟气流动特性,采用CFD数值仿真技术,选取3个火源位置、5个热释放速率,模拟分析顶棚最大温升、主隧道及岔道内顶棚下方温度纵向衰减规律。结果表明:火源位置对顶棚下火源正上方最大温度影响较小,最大温差约为34 ℃,但对火源附近温度影响较大,其中距火源0.5 m处最大温差约为110 ℃;通过对比Hu等和Gong等的预测模型在岔道内顶棚下温度纵向衰减上的拟合曲线可知,Gong等的模型准确性更高;主隧道内上、下游顶棚下温度纵向衰减呈现出不同程度的“反超现象”,且随火源位置逐渐移向岔道内时,“反超现象”逐渐滞后。     

不同隧道坡度下射流风机临界风速研究

为研究隧道坡度对射流风机临界风速的影响，通过理论分析与数值模拟，采用全尺寸隧道模型和5种不同火源功率，考虑0%，±1%，±3%，±5%，±7% 9种不同隧道坡度，研究隧道坡度对射流风机临界风速的影响规律。结果表明:坡度对射流风机临界风速有较大影响。在射流风机与火源纵向间距不小于100 m情况下，即其临界风速与火源纵向间距无关；当上坡时，其临界风速与火源功率的1/3次方成正比，坡度越大，临界风速越小；当下坡时，其临界风速与火源功率的1/3次方成正比，坡度（绝对值）越大，临界风速越大；对数据结果进行拟合，得到上坡与下坡时的射流风机临界风速模型，并与模拟结果取得了较好的一致性。     

基于FDS的风速对矿井火灾蔓延规律的影响研究*

为研究不同风速与火源功率共同作用下矿井火灾蔓延规律的变化,以安源煤矿378工作面为研究对象,建立FDS矿井巷道火灾全尺寸模型,设置火源功率分别为3,6 MW,风速分别为0.25,1.25,2.25,3.25 m/s的8种工况。研究结果表明:相同风速下,巷道内温度及相同位置CO浓度值随火源功率增大而升高,巷道内能见度随火源功率增大而降低,且火源功率越大,能见度降到零的火灾区域越大;相同火源功率下,巷道内温度及相同位置CO浓度值随着风速增加而升高,能见度随风速增加而降低;火灾蔓延速率与风速成正比,风速的增大加速下风向火灾的发展,但会减缓上风向火势的蔓延。     

乌兰木伦矿辅运上山雾气成因分析及解决措施研究*

为研究神东集团乌兰木伦煤矿1-2煤辅运上山内雾气成因,采用数值模拟方法研究进风温度、湿度、风流量等对巷道气候参数的影响。研究结果表明:不同工况下巷道内空气温度均趋近于围岩温度;冬季工况沿巷道走向相对湿度先增加后减小,随进风温度的升高巷道内相对湿度变化幅度减小;夏季工况巷道内相对湿度增加后趋于稳定,随进风相对湿度的升高而升高;巷道内相对湿度随进风速度的增加略有减小。1-2辅运上山起雾是由于风流从进风井至巷道距离过长,造成风流大量吸湿,当风流在1-2辅运上山上行时风流温度降低,风流中携带的水蒸气析出,出现雾气;通过在风路分支设置风窗,风流方向由上行改为下行,可有效解决巷道起雾现象。     

土城煤矿角联分支通风稳定性分析与控制

介绍了评价角联分支稳定性的两个指标—风流功率与风量敏感度。利用风流功率指标,衡量角联分支的通风稳定性。根据风量敏感度指标,确定影响角联分支稳定性的关键分支。在角联分支稳定性分析与关键分支确定的基础上,提出提高角联分支稳定性的技术措施,使角联分支的稳定性得到有效提高,矿井通风系统稳定性得到加强。将上述方法在土城煤矿加以应用,取得了良好效果。     

矿井火灾时期的风流远程控制系统

控制风流是矿井火灾时期救灾的最有效手段之一。笔者研究并提供了两种风流远程控制系统 :一种以压气作为动力源 ,利用矿井环境监测系统传输控制命令 ,通过电磁阀控制气缸实施对井下风门的远程控制 ;另一种以电力为动力源 ,利用井下电话线传输控制命令 ,通过对电机开关的控制 ,实现对风门开启的远程控制。值得推荐并具有创新性的技术是这两种控风系统的风门控制器 ,均用单片机开发 ,具有智能分析功能、远程控制和自动检测、监测特点 ,既可进行远程手动控制 ,又可实现程序控制。这两种风门远程控制系统已在兖州南屯、枣庄柴里等煤矿应用并获得成功 ,为矿井的抗灾消灾提供了一种现代化的技术手段     

矿井通风热阻力数值模拟研究

矿井风流流经井下热水、干热岩、火灾地点等局部高温区域时,风流吸收热量使其内能增加,高温风流在巷道内流动时会产生热阻力。针对如何确定井下风流加热流动时巷道内热阻力的实测范围这一问题,通过理论推导与数值模拟的方法对巷道内热阻力分布情况进行分析。由压力场的模拟结果得出风流加热流动时,所产生的热阻力不仅存在于加热区,高温风流向加热区下风侧流动时热阻力仍然存在。模拟结果表明:对于水平等截面管道,风流流经加热区时,风流速压增加,加热区内风流的静压降幅大于全压降幅;流出加热区的风流向管道出口处流动时,高温风流不断克服阻力做功,并与管道内的新鲜风流、壁面进行热交换,风流温度逐渐下降,当测定区间为加热区入口至模拟管道出口时,风流的静压降幅与全压降幅近似相等。研究结果对井下巷道、隧道及实际工程应用中热阻力的分析与研究都具有重要价值。     

井下移动热源对巷道局部风流温度影响规律研究

为了研究煤矿井下热源对巷道局部风流温度的影响，通过搭建实验平台以及建立数值模型，采用实验和数值模拟的方法，分析井下固定和移动热源对巷道局部风流温度的影响规律。研究结果表明:对比实验和数值模拟固定热源对巷道局部风流温度的影响，结果显示二者总体温度变化趋势一致性较好，验证了数学模型的正确性；井下热源移动速度不同时，顺风移动速度越大，对巷道局部温度影响越大，且巷道局部温度相对升高；逆风移动速度越大，对巷道局部温度影响越小，且巷道局部温度相对降低。     

隧道受限火灾合理纵向通风风速范围研究*

为探究公路隧道不同受限程度火灾的适宜纵向通风风速,基于FDS模拟分析5种纵向通风速度下不同近壁距离火源顶棚下方烟气最高温度的分布特性、烟羽流倾角及烟气分层状况,提出合理纵向通风风速范围。研究结果表明:在隧道中心线上近火源下游,顶棚下方的最高温度沿纵向均呈指数衰减。不同贴壁距离和纵向通风风速下,均出现烟气分岔流动,随着贴壁距离减小羽流撞击处温升、火羽流偏移角显著增加。当风速小于1.6 m/s时,火源上游出现大量高温烟气回流;而当风速超过2.4 m/s时,分岔流动现象越明显,各偏移角变小,火源下游逐渐后移的烟气层严重失稳。因此,不同受限程度下火灾合理纵向风速为1.6~2.4 m/s。