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。     

不同受限条件下综合管廊电缆桥架火灾烟气温度分布特性研究

为了更有效地防控综合管廊电缆桥架火灾,在全尺寸综合管廊中开展了电缆桥架火灾试验,系统研究了电缆层数和卷吸条件对电缆桥架火灾烟气温度分布的影响。在电缆桥架附近垂直和水平布置一系列热电偶,分别用于测量管廊内垂直和顶棚水平温度分布。基于管廊内的垂直温度分布,揭示了火灾场景下管廊垂直温度分层规律。结果表明,管廊内发生电缆桥架火灾时,管廊内从上往下可以分为三部分：顶部射流层、中间热烟气过渡层和下部冷空气层。通过分析管廊不同端口的顶棚横向温度分布,发现顶棚温度在半封闭端的衰减速度比全封闭端更快,建立了考虑热释放速率和火源距离顶棚距离的全封闭端顶棚下方无量纲纵向温度分布模型。最后根据卷吸条件与顶棚最大温升的对应关系,发现整体火源功率越大的电缆桥架火灾受到侧壁和端壁的热反馈影响越强烈,针对不同卷吸条件下的电缆桥架火灾分别建立了顶棚最大温升预测模型。通过将模型预测值与试验值对比,发现模型误差在16%以内。     

封堵条件下管廊温度场与烟气流动规律研究

为了研究封堵结构因子对城市地下综合管廊火灾温度场分布及烟气流动规律的影响,建立1:1全尺寸城市地下综合管廊模型,开展不同封堵条件下的管廊油池火数值模拟.结果表明:随着端口封堵结构因子的增大,管廊顶棚温度升高,顶棚温度呈线性趋势增加,管廊壁面温度变化区域范围相比廊道空间的温度变化区域较大;烟气层高度随着端口封堵结构因子的...     

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。     

巷道围岩温度分布及调热圈半径的影响因素分析

分析了巷道壁面水分蒸发情况下通风时间、岩石的热物理性质、巷道几何尺寸、巷道风流与围岩壁面的对流换热系数、壁面湿度系数与风流相对湿度的变化对围岩温度分布及调热圈半径的影响。随着通风时间的延长 ,围岩冷却范围逐渐向围岩内部推移 ,推移速度逐渐降低 ;巷道壁面水分蒸发和风流相对湿度对靠近壁面处围岩温度分布影响很大 ,但对深部围岩温度分布的影响逐渐变小 ,所以对调热圈半径的影响很小 ;岩石导温系数对调热圈半径及其内部的温度分布影响较大。巷道壁面风流与围岩的换热系数和巷道的几何尺寸对巷道围岩的冷却范围影响非常小。     

空气幕对地铁隧道火灾温度及流场的影响研究

为探明空气幕对地铁隧道内温度及流场分布的影响,通过火灾动力学求解器(FDS)研究不同火源热释放速率(HRR)、空气幕射流速度和射流角度下隧道内纵向温度、拱顶最高温度及流场分布。结果表明:火源HRR为10、15和20 MW时,空气幕射流速度至少为16、18和20 m/s才能保证烟气控制效果;当射流角度小于45°时,增大射流角度能加速拱顶温度衰减;当射流角度大于45°时,射流角度对拱顶温度衰减的影响很小;拱顶最高温度随着射流速度增大而减小,随着射流角度的增大而增大,射流角度通过影响火源与空气幕之间的旋涡来改变隧道内的温度分布。     

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。     

典型结构走廊火灾烟气流场的数值模拟研究

选取条形、L形、T形和环形走廊4种典型建筑结构为研究对象,使用火灾模拟软件FDS对4种典型结构的走廊发生火灾时的烟气流动规律进行了分析。初步得出建筑结构对于火灾烟气的流动和温度分布的影响:对于有封闭转角处的L形和环形走廊,转角处受到建筑封闭结构的阻碍和反浮力作用,热烟气易积聚;而无论何种形式的走廊,都会由于壁面限制和反浮力作用造成走廊末端热烟气的积聚;T形走廊交叉口处流通性较好,相对安全;这些容易造成烟气积聚的走廊转角和走廊末端的温度也会有所上升,而现在很多连接走廊的疏散楼梯都设置在走廊两端,反而不利于人员疏散。因此这些地方应引起重视,加强防火排烟措施。     

螺旋隧道火灾特性小尺寸实验研究

为探明螺旋隧道火灾特性,防止人员高温伤害,基于Froude准则,搭建比例1∶67的小尺寸螺旋隧道实验模型,采用模型实验方法研究不同坡度和不同风速下螺旋隧道火灾温度分布规律及烟气蔓延特性。研究结果表明:低坡度条件下,螺旋隧道内高温区以火源为中点呈对称分布状态;随着坡度的增加,隧道内高温区逐渐向下游延伸,火源处拱顶下方温度呈现先增大后降低再升高的变化规律;无论是自然风还是机械纵向通风,新鲜冷空气的吹入对隧道温度的降低起到主导作用,且风速越大,温降幅度越大;随着隧道坡度和自然风速的增加,火羽流由竖直狭长型转变为燃烧不稳定的大截面火焰,同时坡度增加抑制了火灾烟气逆流,促进了烟气向火源下游的蔓延速度,大大提高了排烟的有效性,减少人员伤害。     

竖形槽道模型中火旋风的发生与旋转规律研究

火旋风是森林火灾中经常发生的一种特殊火行为。作为一种复杂的包舍化学反应的有旋流动，火旋风在不同的可燃物种类和物理条件，以及不同的环境流场条件下，会表现出复杂的动力学特征。本文设计了一个在边角对称开有缝隙的六棱柱体火旋风发生装置，探讨了火旋风特征参数的测量方法，实验模拟了火旋风的发生与发展，对火旋风的温度分布、速度和燃烧时间随燃料和环境条件的变化规律进行了比较分析。     

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。     

障碍物后池火与水喷淋相互作用的数值模拟

采用大涡模拟方法数值模拟了障碍物后池火与水喷淋的相互作用问题，研究目的是探讨水喷淋对障碍物后池火的控制和抑制的有效性，以及障碍物对流动特性和温度场的影响。文中采用低马赫数近似下三维可压缩滤波形式的Navier—Stokes方程和组分方程进行有限差分数值求解，燃烧过程中所产生的热释放采用携带燃烧反应热的Lagrangian粒子(热元模型)来模拟。文中数值模拟了风洞内障碍物后热源产生的热气流及其与水喷淋的相互作用，并探讨了在有无水喷淋情况下的温度场和速度场特性，以及喷水装置位置对温度场的影响。     

高架仓库火灾烟气运动和控制数值模拟研究

根据哈尔滨某纺织品仓库的实际尺寸建立几何模型,应用大涡模拟(LES)方法对机械排烟模式下仓库火灾的热释放速率、温度流场、能见度变化情况进行数值模拟,得出了火灾的发生发展、火场温度分布、烟气流动状况及其组分浓度等参数随时间的动态变化规律。模拟结果表明,机械排烟可以将烟气控制在8m以上的空间内,有效地抑制烟气向仓库下部扩散,使仓库内的温度和能见度不影响人员安全疏散。研究成果可以为合理地设计大型高架仓库的防排烟措施提供参考。     

水喷淋下大空间建筑烟气输运的数值模拟研究

大空间建筑由于其功能、结构上的特殊性，使得现有的消防规范不能满足其防火要求，特别是针对大空间建筑的防排烟设计就更为不适用。性能化设计方法是目前防火领域最先进的技术，水喷淋系统作为大空间建筑原有的消防设施其对火灾烟气输运的影响，已作为一项重要的性能参考指标。笔者从数值模拟的角度出发，利用流体动力学软件FDS，研究有无喷淋情况下火源功率能量传递及羽流烟气的输运过程。通过对两种火灾场景下火羽流温度、地面传导热通量及辐射热通量的对比分析，探讨了火羽流流场分布形式，为大空间建筑的防排烟设计提供有力参考。     

地铁浅埋岛式站台列车火灾烟气蔓延的数值模拟研究

地铁车站及地铁列车为人流密集的公众聚集场所,一旦发生火灾事故,伤亡损失往往非常惨重。地铁作为现代化的城市轨道交通工具,承担着越来越重要的大客流运输任务。因此,深入开展地铁火灾安全的研究有助于地铁安全管理工作。针对地铁浅埋岛式站台列车火灾情况,利用数值模拟-场模拟方法,研究浅埋岛式站点内烟气横向流动和不同站层间的烟气纵向蔓延规律。分析烟气在隧道、站台及站厅内蔓延时烟气温度、有毒气体浓度、可见度等特征参数的分布情况;探讨了火灾时浅埋岛式站点内有效的气流组织形式,隧道排烟系统的运行模式;该研究结论有助于同类型的地铁车站的设计和运营管理。     

自燃火灾巷道烟流的数值模拟及安全评价

笔者以铜坑矿为工程实例,利用矿井火灾巷道烟气流动所遵循的基本守恒方程组和控制方程组,对烟气流动特性进行数值模拟,得出了自燃火灾巷道内烟气流动的速度场、温度场详细分布情况。并采用预计热舒适指标(PMV)、预计不满意百分比(PPD)对巷道中的空气质量进行了安全评价。结果表明采用数值模拟法对于研究矿山自燃火灾巷道内烟气流动的运动情况更为直观,可视化强;采用的热舒适度评价指标更突出了以人为本。通过模拟计算结果,可以为铜坑矿地下火和毒气蔓延的控制以及火区特大事故应急救援预案的制定提供技术依据。     

铁路隧道救援站火灾模拟实验平台设计及细水雾系统抑制车厢火灾的模拟实验研究

按照1：1尺度设计了实验平台,包括模拟隧道、模拟列车、排烟系统、火灾监控系统、火灾扑救系统以及火灾参数测量系统,是国内第一个专门对铁路隧道救援站的火灾安全性进行系统研究的全尺寸实验平台。实验平台可实现温度场、燃烧成分、火源热辐射等关键参数的测量;可研究不同工况条件下,火灾监控、火灾扑救技术和烟气控制技术的有效性,为发现火灾特征参数的演变规律和掌握有效的火灾控制技术提供了一整套解决方案,具有广阔的应用前景和重要的实际指导意义。本文建立并利用这样一个全尺寸实验平台进行了细水雾灭火系统抑制车厢火灾的模拟实验研究,获取温度、有毒有害气体浓度、热辐射等火场重要参数,发现细水雾灭火系统可有效的抑制车厢火灾,并验证了此实验平台用于铁路隧道内列车火灾实验研究的可行性和有效性。     

教研楼火灾逃生疏散最优通风方式数值试验研究

高校教研楼潜在火灾源与高密度人流共存,火灾逃生疏散是保障灾后人身安全的重要环节。为探索火灾逃生疏散最优逃生条件,应用流体动力学分析软件FLUENT,数值分析防火分隔导致多种通风方式的起火分区温度、烟气场分布规律,研究火场逃生疏散的最优通风方式。结果表明,火灾初期开启防火分隔设施更有利于人员逃生疏散;关闭防火分隔设施条件下,防排烟系统开启略优于关闭;研究背景条件下,开启防火分隔为逃生疏散最优方案;火灾后关闭防火分隔设施可以控制火灾蔓延,降低财产损失,但应在确保人员安全疏散后进行。     

带肋薄壁方钢管混凝土柱温度场试验研究与分析

为研究带肋薄壁钢管混凝土柱在火灾下的温度分布,进行3根足尺带肋薄壁方钢管混凝土柱升温试验。建立方钢管混凝土柱温度场有限元模型,模型计算结果与实验结果符合较好。利用模型分析了典型的温度场分布规律,并研究了各参数对构件温度场的影响规律。结果表明:构件截面温度场在四面受火状态下呈双轴对称分布,且角部温度较高。加劲肋对构件温度场的影响仅限于焊接点附近,加劲肋间距和含钢率对构件整体温度场影响微小;截面边长、受火时间和受火方式是影响构件温度场的主要因素。