高海拔铁路隧道火灾燃烧特性试验研究

采用火灾模型试验的研究方式,在高海拔特长铁路隧道——关角隧道(32.645 km)的斜井内进行火灾燃烧的全尺寸模型试验,测得不同火灾规模条件下隧道内温度和烟气分布,通过分析试验结果,得到高海拔隧道火灾的燃烧特性。研究结果表明:隧道拱顶处温度高于隧道中心线附近温度;火源附近温度最高,隧道内各位置温度随着距火源点距离增加而降低;纵向风速对隧道内烟气分布有重要影响,火源下游温度高于上游温度。结合试验的分析结果,就高海拔隧道火灾防灾救援设计提出建议。     

基于Pyrosim的隧道火灾数值模拟与分析

基于隧道火灾国内外研究现状,根据隧道火灾理论确定边界条件,使用PyroSim进行建模,模拟分析发生不同规模的火灾时不同风速下的烟气流动情况,得出临界风速并与理论值进行对比,验证模拟的准确性。在临界风速下,综合考虑火灾致害因素烟气温度、能见度及CO浓度达到危险临界状态的时间,得出场景中人员可用安全疏散时间,对隧道人员逃生路线规划意义重大。     

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。     

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。     

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。     

隧道火灾拱顶附近烟气最高温度的研究

为了研究顶部开口的城市隧道在采用自然通风模式下的火灾特性,在已建成的隧道中设计并实施了全尺寸火灾试验,得到了隧道火灾自然通风模式下的拱顶附近烟气最高温度纵向变化数据。通过实验数据与理论预测结果对比的方法验证了H.Kurioka等人建立的隧道火羽流模型及其计算公式的可靠性,为市政公路隧道建设提供了科学依据,为隧道火灾的研究及其消防工作提供理论指导和有益借鉴。     

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。     

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。     

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。     

强制通风对隧道起火影响的全尺寸试验研究

为探究隧道强制通风风速对隧道火灾发展的影响,采用全尺寸实体试验方法,搭建一个长50. 0 m,宽5. 5 m,高8. 2 m的试验隧道,以木垛作为火源,采用一端强制通风的方式进行通风,研究隧道内起火时隧道内部温度变化、火源热释放速率、烟气成分含量等与强制通风风速的关系。结果表明:强制通风的风速对于隧道内起火源的燃烧情况有较大影响;风速的增加会降低火源对隧道上方温度的影响,同时也会降低隧道中的环境温度;强制通风风速的增大会明显增加火源的热释放速率,但是不会影响热释放速率的变化趋势;强制通风风速明显影响烟气中二氧化碳和一氧化碳的体积分数。     

室外风作用下竖井结构内火灾烟气运动规律研究

室外风是影响高层（超高层）建筑火灾蔓延的主要因素。通过数值模拟六个不同火灾场景温度场、能见度及CO浓度场变化过程,定量总结了不同风向、风速条件下侧向全开竖井结构内烟气运动规律。模拟结果发现,迎面风作用下,竖井内会产生较高滞止压力,中性面位置上升,上部烟气加速向竖井下部蔓延,下部烟气通过开口排出;背面风作用下,中性面位置...     

不同火源功率及火源—出口距离对隧道火灾临界风速的影响研究

由于隧道特殊的建筑结构,其发生火灾时的危害性,相比于其他类型的火灾要严重的多。在隧道的消防设计中,运用纵向风排烟是隧道火灾一项重要的消防措施,如何利用纵向风的特性来有效地引导隧道火灾烟气的运动需要进行系统的研究。运用FDS数值模拟的方法进行研究。结果显示,临界风速随着火源功率的增大而增大;并且随着火源与隧道出口距离的增大呈现出线性增长的趋势。对于6.0cm和9.0cm的火灾,临界风速与火源-出口距离关系式分别为 y=0.4+0.14x, y=0.5+0.11x。因此在消防实际应用中,应当充分考虑不同火源功率和火源在隧道中的相对位置对火灾烟气运动的影响,调节不同的排烟风速进行有效、合理的隧道排烟。     

纵向通风对长大隧道火灾烟流控制分析

基于我国在长大隧道火灾安全体系研究方面的需要,采用CFD方法对长大隧道纵向式通风控制火灾烟流的问题进行了数值模拟计算,研究不同通风条件对烟流的控制效果,得出了在满足控制烟气回流的基础上排烟风速的提高与所取得的降温效果对比,以及风流经过火区后的蔓延增长变化,同时总结出烟流温度分布特征及对隧道结构不同部位的危害,可为隧道的防火与通风方案的制定,以及灾后检测评定工作提供相关的理论依据和参考。     

十字平交通道不同排烟模式烟控效果的数值模拟研究

十字平交通道是主、辅通道在中间位置十字相交的一种较为少见的城市道路形式,火灾情况下烟气运动和通风排烟策略不同于常规意义上的公路隧道。采用FDS模拟软件研究辅通道三种通风排烟模式的烟控效果,综合考虑不同火灾规模、射流风机位置、射流形式等的影响作用。结果表明:辅通道单侧射流、两侧同向射流和两侧相向射流作用均存在最小临界风速。火灾规模为0 MW~30 MW,最小临界风速值随火灾规模变化关系为:Y=Y0+bX。两侧相向射流对应最小临界风速最大,烟气层结构破坏严重,火场温降效果最差;单侧射流和两侧同向射流对应的最小临界风速值较小且差别不大,结合工程实际情况,考虑单侧风机射流模式为较合理优化的烟控方式。     

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。     

地铁十字换乘车站全尺寸实验研究:I.站厅火灾

为了全面了解在不同通风模式下地铁十字换乘车站站厅火灾发展规律,通过在8A编组地铁十字换乘车站公共站厅层开展1 MW规模的全尺寸火灾实验,对不同通风模式下换乘地铁车站站厅层公共区火灾场景下的烟气前锋到达时间、烟气扩散与沉降范围和楼扶梯处温度等参数进行分析研究。研究结果表明:在换乘线路A线站厅层发生火灾时,受到出入口自然风以及站厅层空间结构的影响,站厅内形成了由站厅北侧向南侧方向的风压,有效抑制了烟气向B线站厅扩散;通风排烟系统能够有效降低烟气扩散速率,控制烟气扩散范围和沉降高度;针对此类结构车站站厅的防排烟设计,应综合考虑通风、出入口位置和空间构筑物对火灾烟气扩散的影响,确保火灾过程中人员疏散路径和楼扶梯处烟气层高度和烟气温度处于安全水平。     

运输设备对巷道火灾烟气流动的影响

为了研究运输设备对巷道火灾中温度场及烟气流动的影响,本文采用火灾模拟软件FDS考察了两种通风速度情况下运输设备对水平巷道火灾中烟气流动的影响,并将结果进行分析比较。结果表明:与空旷巷道相比,障碍巷道内的烟气沉降较快,运输设备会使得烟流在水平方向上的迁移加快,当其位于火源右侧时;与高通风速度的巷道相比,低风速情况下运输设备对巷道温度分布影响更明显,高温区集中分布在火源与设备之间;另外运输设备会对巷道内的气流速度分布产生较大影响,巷道局部一段区域内气流速度呈现分布不均的现象。     

A numerical study on the feasibility and efficiency of point smoke extraction strategies in large cross-section shield tunnel fires using CFD modeling

The strategy of smoke control is of high importance for the design process of tunnels, especially for long and large cross-section tunnels. The South Hongmei Rd. Tunnel (SHT) located in Shanghai, China, is a 3.39 km long shield TBM (tunnel boring machine) tunnel with an external diameter of 14.5 m. The point smoke extraction system was proposed initially as the main ventilation strategy during a tunnel fire. To investigate the fire characteristics in the tunnel and develop appropriate smoke control strategies, a series of numerical 3D Computation Fluid Dynamics (CFD) simulations were conducted. Three fire scenarios, namely 5 MW, 20 MW and 50 MW, were modeled to evaluate the point extraction system. The gas temperatures, the stratification of the smoke, air temperature, minimum visibility etc., during the smoke spreading of a fire were analyzed. Based on the results of the simulation, the smoke extraction strategies according to fire scale and fire location were proposed for fire extinguishing. It was found that the three-point extraction opening strategy can control the smoke better than two-point extraction opening strategy under various fire scales, especially under serious fire scenario. From the results, damper openings ranged at closer intervals were found more efficient in two-point extraction system. Besides, placing the damper openings in the longitudinal direction can improve the efficiency of smoke extraction. It also results in reduction of the quantity of prefabricated members of duct slab and the process of assembly will be simplified during the construction.     

纵向风对隧道火灾拱顶最高温度及其位置的影响

研究了燃烧风洞内不同纵向风速、不同火源功率条件下,隧道近火源区顶部温度沿纵向分布情况。结果表明,纵向风对不同尺寸火源条件下的顶部温度的影响呈不同特征。对较小尺寸火源,隧道顶部温升随风速增加而减小至稳定值;而对较大尺寸火源,顶部温升随风速增加先增加后减小。对于矩形火源,当纵向风较小(0.5~1.5m/s)时,长边平行于纵向风时顶部最高温升大于长边垂直于纵向风的情况;而当纵向风较大(≥2 m/s)时,两种油盘放置方式的顶部最高温升一致。纵向风作用下,顶部最高温升位置向下游呈现"两次移动"特征,即随着纵向风速增加该位置先向下游移动,当风速达到某一值时,隧道拱顶的加热机制由对流和辐射共同主控转变为辐射单独主控,最高温升位置突变回到上游后再次逐渐向下游移动。