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。     

不同防排烟方式下车厢火灾烟气运动的数值模拟研究

为了揭示车厢内部火灾烟气在不同防排烟方式下的迁移特征,优化选择最优防排烟方式,运用火灾动力学软件FDS对CRH2A动车组的一节车厢进行模拟计算。分别采用机械排烟系统、空气幕系统及二者复合系统对车厢内烟气进行控制,对比分析不同排烟系统下车厢内烟气温度、烟气层高度和烟气浓度的变化规律。结果表明:随着排烟量的增加排烟效果显著增大,但排烟量不宜过大,当固定功率为0.2 MW时,V2=0.87 m3/s排烟效果最佳;空气幕在一定程度上可以阻挡烟气蔓延至相邻车厢,机械排烟在降低烟气温度与浓度方面的效果比空气幕系统明显;每个独立系统的控烟效果远不及二者复合系统效果明显。综合考虑防排烟的有效性和经济性,在本文设定工况下,V1=1.12 m3/s、V2=1.62 m3/s为最优防排烟组合方式。     

低真空隧道列车车厢内部火灾温度分布特征

为解决低真空隧道内高速列车运营时,火灾突发事件中出现的危险性、列车结构的完整性及人员安全等问题,以低真空隧道内的高速列车车厢为研究对象,首先用数值模拟的方法,探究着火车厢内部发生火灾后的温度衰减特征;然后分析相邻车厢内部的温度分布情况;最后研究着火车厢内部最大温度的分布特征。结果表明：着火车厢及相邻车厢顶棚处沿着纵向的温度呈指数形式衰减;相邻车厢内,功率对温度衰减影响较大,即：低火源功率(0.3～0.6 MW)下,高温烟气蔓延相对较弱,相邻车厢内乘客相对安全;中火源功率(0.7～1.1 MW)下,高温烟气蔓延显著,由于受到车厢壁面以及车门的影响出现温度突变点;高火源功率(1.2～1.5 MW)下,热羽流强度较高,高温烟气蔓延受车厢壁面以及车门的影响相对较小,在车厢连接部分与相邻车厢内的高温蔓延趋势基本一致。车厢内的最大温度与火源功率及火源至顶棚的距离有关,并存在线性关系。     

基于FDS的车厢火灾烟气流动的数值模拟分析

使用FDS火灾模拟软件对列车车厢进行火灾模拟,得到车厢内温度与烟气浓度随时间变化的规律,计算出临界温度与临界可视距离出现的时间,发现在车厢火灾中,总是烟气浓度先达到临界点。车厢火灾的疏散防控措施中,控制烟气浓度应是重点工作。     

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。     

地下车库火灾烟气扩散规律的数值计算与实验

为了准确预测火灾烟气运动情况,基于SGS湍流模型与大涡模拟相结合的方法预测地下车库中火灾烟气运动规律,采用简单化学反应模型处理地下车库中小汽车火灾的复杂燃烧过程,采用P-1模型计算烟气运动过程中的热辐射传递。设定了5种不同的计算工况,采用数值计算的方法得出火场烟气、温度分布情况;对其中的部分工况进行了实体火灾实验,并与计算结果相对比。研究结果表明:开启机械排烟比只依靠自然排烟时火场温度上升快,但是在稳定燃烧阶段温度相对较低;当火源功率为2MW时,仅依靠自然排烟时火场能见度为2m,当火源功率为4MW时,考虑机械排烟时火场能见度为10m,低于规定值;数值计算和实验结果一致性较好,说明采用的计算模型合理。     

地铁单面坡隧道列车火灾通风模式研究

针对地铁单面坡隧道连续下坡距离长、提升高度大的特点，以国内某城市地铁线路为研究对象，构建列车火灾通风排烟数值计算模型，并采用1:20模型实验对数值计算精确度进行验证，通过考虑列车起火位置、风机开启模式和隧道断面形式等因素，对火灾烟气扩散过程、疏散平台上方烟气温度和气体浓度进行分析。研究结果表明:列车起火后，单洞单线隧道2端车站应各开启2台隧道风机，单洞双线隧道除开启射流风机外，2端车站应各开启4台隧道风机执行相应的排烟和送风模式进行烟气控制；由于单洞双线隧道中热损失和空气卷吸量较大，火灾烟气温度、CO和CO2浓度均低于单洞单线隧道；采用纵向通风控制烟气逆流的同时，下风向区域的烟气沉降作用较为明显，防排烟设计中应充分考虑列车中部火灾下风向车厢区域的危险性，合理确定应急响应模式。     

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。     

火焰引燃高速列车行李燃烧特性全尺寸试验研究

以CRH1高速列车20 kg旅客行李为研究对象,采用家具量热仪和全尺寸试验研究了不同引火源功率、不同通风量等条件下行李点燃特性、热释放速率、质量损失率、热释放总量、烟气释放速率等火灾参数,总结了其燃烧行为及特性。结果表明:高速列车20 kg旅客行李燃烧特性易受通风量、引火源功率等火场环境影响;引燃时间为1~2 min,持续燃烧时间在27~35 min;热释放速率可达347.3 k W以上,因行李压实较为紧密,燃烧不够充分,产生大量高温未完全燃烧气体,极大程度增加列车车厢回燃性;质量损失率较小,行李燃烧不充分;温升速率快,最高温度可达230℃;产烟量较大,透光率最低为35%;行李热释放总量THR随着引火源功率增加而增大,最高可达到213 MJ,控制引火源功率是减小行李热释放总量THR的关键。     

高架仓库非稳态火灾温度场的数值模拟

通过计算流体软件FLUENT对高架仓库发生的火灾进行了研究,应用涡团耗散模型对机械排烟模式下仓库火灾烟气的特性进行了模拟,详细讨论了不同时刻系统不同截面的温度场分布。结果表明,易挥发物质的燃烧非常剧烈,在火灾发生的初期,系统温度的最大值发生在空气入口附近;持续燃烧2s后温度最大值发生在燃料储存罐周围。机械排烟设备的启动使大量高温烟气导流至室外,烟气出口温度较高。     

3m直径煤油池火灾火焰特性的数值研究

为了预测油池火灾的火焰特性,采用CFD模拟技术开展静风状态下3 m直径煤油液池的火灾场景模拟,探讨火焰温度、火焰羽流速度、辐射热通量、燃烧产物质量分数等油池火焰特性参数随高度的变化关系;并结合火焰形态分布,提出一种4区域模型,即将湍流扩散火焰划分为油气混合燃烧区、燃烧火焰区、烟尘区和热烟气区来分析燃烧气流在不同高度的实际物理化学特性。此外,通过经验公式和CFD模拟2种方法分别计算出3 m直径煤油池火灾的火焰高度、火焰表面的辐射通量及热辐射破坏半径,并对计算结果进行比较分析,结果表明:2种方法可互相补充完善,有助于池火灾的热辐射危害性评估。     

隧道与横通道交叉角对火灾烟气蔓延影响机制研究

为探索隧道与横通道交叉角对火灾烟气蔓延的影响机制，采用FDS数值模拟，研究横通道与隧道不同交叉角情况下火灾烟气温度、浓度、烟气层高度等的变化规律，建立开启火源下风向横通道时隧道内烟气最高温度修正公式，提出烟气纵向蔓延恢复长度的概念，并探讨其影响规律。 结果表明:隧道和横通道交叉角越小，隧道内同一位置烟气层高度越高，当交叉角由90°降低到30°时，烟气层高度最大增加32%；烟气纵向蔓延恢复长度与交叉角及通风速率呈正相关，而与火源功率几乎无关。研究结果对隧道通风排烟系统设计及相关标准的制定具有参考意义。     

特大断面公路隧道线型感温火灾探测系统适用性研究

随着我国公路交通量日益增多,大断面、特大断面公路隧道不断涌现,可靠、有效的隧道火灾探测越来越重要。选取了6种典型的隧道断面,综合考虑探测器类型、纵向风速、火源功率、火源位置等因素,运用火灾动力学模拟软件FDS分析了系列火灾场景下温度、烟气分布、探测器报警时间、报警位置偏移量等特性。研究结果表明: 隧道断面尺寸、纵向风速越大,感温探测器报警时间越长。通过对顶棚烟气温度的分析,发现特大断面隧道中线型感温探测系统采用差温报警较定温报警更有效。在使用差温报警时,纵向通风会使报警位置发生偏移,报警位置偏移量d与隧道纵向风速v、火源到隧道顶棚距离Hd满足线性关系式:d=6.404v+0.923Hd-6.762。随着隧道断面尺寸的增大,需要敷设更多的感温光纤以在规定时间(60 s)内探测到火灾。对于高度H≥12 m的隧道,即使增设多条感温光纤,也无法在60 s内有效报警,需补充设置基于火焰和烟气特征的非接触式火灾探测器。     

挡烟垂壁作用下狭长通道内烟气输运特征研究

为揭示挡烟垂壁对狭长通道火灾烟气特征及温度分布的影响,运用火灾动力学软件FDS,研究了狭长通道内不同高度挡烟垂壁下火灾烟流运动行为,重点探讨了密度跳跃过程及近火源区烟气特征参数变化。结果表明:挡烟垂壁增加了密度跳跃中翻滚区的长度,缩小了卷吸空气范围,造成烟气质量流率相应减少;挡烟垂壁对烟气垂直速度分布的影响主要作用在挡烟区,且与垂壁高度有关;垂高大于0.3 m,受挡烟垂壁高度影响,在垂直高度1.5~2 m位置出现一定速度的烟气逆流,速度分布曲线呈现与无挡烟垂壁不同的凹陷区,非挡烟区烟气垂直速度服从高斯分布;与无挡烟垂壁相比,挡烟垂壁上游顶棚附近温度普遍增高,下游温度衰减速率随挡烟垂壁高度的增加而加快。     

夏季大空间内火灾机械排烟效率的研究

采用全尺寸实验对夏季大空间内火灾机械排烟的效率进行了研究.实验过程中主要测量了火源功率和大空间内的烟气温度两个参数.通过分析大空间内烟气温度的分布规律,得到了机械排烟控制下不同火源功率的大空间内稳定的烟气层高度.根据Heskestad羽流模型计算了烟气生成速率,与机械排烟速率比较得到了夏季大空间内火灾机械排烟的效率.实验结果表明,在夏季大空间中,当火源功率不是很大时,大空间内外的温差使得外界补充进来的空气和火灾生成的烟气更加容易发生掺混,导致机械排烟的效率大大降低;按照规范规定的6次换气率进行排烟,在实验的300～1 000 kW的火源功率范围内,夏季大空间内火灾机械排烟的效率约为30%.火源功率的增大,在一定程度上削弱了空气与烟气的掺混,机械排烟的效率略有提高,但是提高的效果并不是很明显.     

地铁“T”形换乘车站通道火灾通风模式数值模拟研究

为研究地铁“T”形换乘车站通道火灾时站厅不同防烟分区通风系统联动模式的烟气控制效果,采用火灾动力学软件FDS构建了换乘通道内乘客行李火灾场景,对起火通道、两侧站厅通风系统和防火门不同联动模式下的顶棚烟气温度、人眼高度及危险高度的CO浓度和能见度进行计算模拟。结果表明:关闭起火通道防火门能够将烟气控制在局部区域,但会加快通道内CO浓度上升和能见度下降的速度;各防烟分区通风系统均执行排烟动作虽然会导致烟气向两侧站厅蔓延,但危险高度的能见度始终在安全逃生的最低限值以上;烟气扩散至补风防烟分区时,新鲜空气与烟气的掺混将加快烟气沉降速度,不利于人员疏散和应急救援。     

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。     

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。     

双层岛式地铁站站厅全尺寸烟气温度传播规律研究*

为研究典型地下双层岛式结构地铁站站厅火灾状况下烟气温度变化规律，以南昌地铁3号线为例，分别运用PyroSim数值模拟软件和热烟测试，研究典型地下双层岛式结构地铁站站厅火灾发生6 min时间段内站厅烟气沉降时间、温度变化规律。结果表明:火灾发生6 min前，高温烟气层沉降高度主要在3.5 m及以上，烟气未沉降至能威胁人员的高度；站厅两端出入口数量不同，导致烟气呈现非对称扩散，出入口补风效果越好，烟气凝聚越少，温度越低；靠近送风口区域与附近区域相比，温度普遍较低。研究结果可为典型地下双层岛式结构地铁站站厅火灾温度传播规律研究提供参考。