城市公路隧道火灾近火源区长度的研究

为对近火源区长度进行研究,以城市公路隧道为研究对象,采用理论分析与数值模型相结合的方法,探究了大火源功率、有效顶棚高度和火源横向位置对近火源区长度的影响,对36个工况的数值模拟和温度场变化规律的研究与分析。结果表明:火焰未撞击顶棚时,火源功率对近火源区长度几乎没有影响;当火焰持续撞击顶棚并形成水平扩展火焰时,近火源区长度受火源功率和有效顶棚高度影响较大,其无量纲形式与无量纲火源功率的2/3次方呈线性关系;随着火源与侧壁距离的减小,近火源区长度呈自然指数增加趋势;火源贴壁时,近火源区长度是火源位于隧道中部时的1.866倍;提出了近火源区长度预测模型,基本揭示了烟气由过渡阶段转入一维蔓延阶段起始位置的变化规律,能够为定量研究各阶段烟气流动特性提供参考依据。     

建筑火灾顶棚射流的数值模拟及火焰扩展长度处理方法

探讨了建筑火灾数值模拟中常用的火焰区域获取方法及其优缺点。通过火灾动力学模拟软件(Fire Dynamics Simulator, FDS)对建筑火灾中的顶棚射流现象进行了模拟计算，其中考虑了不同火源热释放速率与不同火源距顶棚高度等条件的影响。分别采用连续图像法和温度阈值法获取了数值模拟中顶棚射流火焰扩展长度的数据，并与文献中基于试验建立的火焰扩展长度预测模进行了对比。结果表明：通过温度阈值法获取的火焰扩展长度数据受阈值取值的影响较大。通过连续图像法获取的火焰扩展长度数据可以较好地反映出火焰扩展在不同火源热释放速率及不同火源距顶棚高度等条件下的动态变化情况，与前人建立的火焰扩展长度预测模型之间的吻合较好，表明通过连续图像法获取的火焰扩展长度数据较为准确。建筑火灾数值模拟中的火焰扩展长度可通过基于单位体积热释放速率的连续火焰图像获取。研究结论可为建筑火灾数值模拟中火焰燃烧区域的确定提供参考。     

横向风作用下喷口间距对射流扩散火焰特征的影响研究*

为研究横向风作用下喷口间距对射流扩散火焰特征的影响,以双喷口火焰为研究对象,利用CCD摄像机拍摄火焰几何形态,研究横向风条件下喷口间距对火焰形态演化、火焰长度和火焰吹熄极限的影响。研究结果表明:喷口间距较小时,2束火焰因空气夹带竞争和压差作用,彼此相互倾斜融合,火焰融合概率随喷口间距增加而逐渐降低,火焰临界融合间距随横向风的增加先增大后减小;由于火焰的空气夹带和热反馈处于较高水平,2束火焰被少量拉伸,火焰长度先增加后减小;喷口间距较小时,火焰吹熄极限显著增加。     

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。     

火源长宽比对隧道内矩形火燃烧特性的影响研究

开展了一系列小尺寸实验研究隧道内不同火源受限情况下的火焰形态和顶棚射流火焰长度。实验中采用四个长宽比范围1~8的矩形气体燃烧器作为火源,并通过改变火源的摆放位置和贴壁方向(长边贴壁和短边贴壁)来改变火源的受限程度。结果表明:当火源置于开放空间非受限场景时,随着火源长宽比的增大,火源卷吸空气周长增大,导致火焰高度不断减小。对于贴壁火当矩形火源的长边贴壁时,随着长宽比的增大,其火焰高度同样不断减小;由于卷吸不对称,火焰贴着墙壁向上方蔓延,其火焰高度明显高于开放空间条件下的值。当火源短边贴壁时,火焰高度虽然仍随长宽比的增大而减小,但其火焰高度与开放空间相近,明显小于长边贴壁的情况,说明此时空气卷吸受限程度不大,火焰蔓延没有受到墙壁明显的影响。在前人对轴对称火源(方形和圆形火源)研究的基础上,本文对矩形火源位于隧道纵向中心线和紧贴隧道侧壁的火焰形态和火源长度进行了实验研究,定义了一个修正的无量纲火源功率?Q *mod,并引入了考虑矩形火源长宽比的无量纲特征参量(n+1)/n,建立了综合考虑火源功率、火源尺寸和贴壁方向的矩形贴壁火的火焰长度关系式。     

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。     

庚烷池火多火源燃烧特性的实验研究

多火源燃烧是森林火灾和城市群发性火灾中重要而又特殊的火灾现象,相关研究很少。通过恒定控制液面高度的实验系统,对直径0.1m、0.2m和0.4m的庚烷池火在单个火源、两火源燃烧和三火源线性排列时的火焰高度、火焰体积和燃烧速率等特性进行了实验研究。研究发现,三火源燃烧时中间火源的火焰高度、火焰体积和燃烧速率明显高于两火源燃烧和单火源燃烧,三火源燃烧时边上火源与两火源的燃烧状况难以区分。这些燃烧特性随着火源间距的减小,呈现增大趋势。热量反馈增强和空气卷吸受限这两种火源相互作用机制相互耦合,且随着火源间距的减小而增强,在S/D（S为火源间距,D为油池直径）为2～4时,两种机制强烈竞争,在其他参数范围内热量反馈增强效应占主导作用。研究还发现火焰体积与热释放速率有较好的线性相关关系,单位火焰体积的热释放速率约为1614kW/m3。     

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。     

含水雾横向风作用下双喷口射流扩散火焰特性

为探究在横向风作用下不同超细水雾含量对双喷口射流扩散火焰燃烧特性的影响,利用高速摄像机拍摄火焰几何形态,分析不同喷口间距和横向风中的超细水雾含量对火焰形态演化、火焰长度和火焰吹熄极限的影响,并基于前人数学模型,推导与增长区域试验数据具有较好相关性的火焰拉伸长度变化的经验公式.结果 表明:随着横向风中雾通量的增加,双喷口...     

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。     

倾斜巷道内火灾逆流层变化规律数值模拟

为确定矿井火灾时期逆流层长度变化规律,给逃生与救护工作提供参考,以下行通风倾斜巷道为研究对象,建立长80 m、宽4 m、高3.5m拱形巷道模型,通过数值模拟的方法,确定多组火灾工况下烟气逆流层的变化规律.结果表明:巷道入口端风速在0.5～3 m/s增大,烟流逆流层长度随之减小,减小幅度逐渐变缓;火源烟流放散速度在5～25 m/s增大,逆流层长度随之增大,且增加幅度逐渐变缓;人口端风速条件固定为1 m/s,巷道倾角在O°～45°增加,火源烟气放散速度小于18 m/s时,逆流层长度随巷道倾角增加而减小,火源烟气放散速度大于18 m/s时,逆流层长度随巷道倾角增加而增加.     

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。     

火焰撞击障碍物形成的溢流火焰融合行为研究

为深入了解核电厂横向多层电缆桥电缆火灾,针对横向多层电缆火焰撞击障碍物形成的溢流火焰融合现象开展试验研究.试验分别在10、14、28、42、56和84 kW等不同火焰热释放速率(HRR)和0.1、0.2、0.3、0.4和0.5m等不同挡板-燃烧器距离条件下进行.对比分析不同工况下的火焰间歇概率图,引入火焰融合概率来描述...     

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。     

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。     

半横向排烟下公路隧道火灾烟气逆流长度规律研究

为研究不同因素对半横向排烟模式下公路隧道火灾烟气逆流长度的影响规律,采用理论分析推导火灾烟气逆流长度与火源功率、排烟速度、排烟口面积和排烟口间距4个因素的无量纲关系式,运用数值模拟研究不同因素下火灾烟气的运动规律,最后拟合得到烟气逆流长度的无量纲关系式.结果表明:在半横向排烟模式下,烟气逆流长度随火源功率的增大而增大,...     

挡烟垂壁对长通道顶棚温度分布的影响研究

为提高长通道内部挡烟性能,揭示挡烟垂壁在长通道烟流控制中的作用,利用数值模拟方法研究挡烟垂壁与火源的距离分别为4.2、6、9、12 m,垂壁高度在0.3~0.9 m时顶棚附近烟气温度纵向分布;拟合模拟数据得出挡烟垂壁位置与高度综合影响下长通道挡烟垂壁下游温度纵向分布预测公式,并通过1∶5小尺寸通道火灾试验对预测公式进行验证。结果表明:挡烟垂壁对其上下游烟气温度分布的影响分别表现为减缓衰减与加速衰减2种效果;随着垂高的增加,垂壁上游温升值增大,下游温升值减小,且下游温度衰减速率与垂壁高度有线性关系;挡烟垂壁离火源越远,烟气温度纵向衰减越慢,高温危险区域越大;试验温度数据与公式预测值二者吻合较好,验证了数值模型的有效性。     

纵向风和阻塞比对隧道双火源温度分布的影响

为研究城市公路隧道内纵向通风和障碍物对双火羽流行为的影响,采用数值模拟方法分析双火羽流纵向烟气温度变化规律。研究结果表明：随着风速的增加,顶棚下方最高温度不断降低,烟气逆流现象逐渐减弱至消失;随着阻塞比的增加,下游火源一直向下游倾斜,而上游火源逐渐由向下游倾斜转变为向上游倾斜;基于流体力学理论,引入阻塞比修正无障碍物时的弗劳德数,进而建立适用于隧道内有障碍物的双火羽流顶棚最高温升分段预测模型,研究结果可为隧道火灾防治提供基础数据和理论参考。     

公路隧道内纵向通风对火灾参数影响的试验研究

公路隧道发生火灾时易造成严重后果,纵向通风作为火场排烟降温的常用措施会改变燃烧的火源功率及相关火灾参数,影响公路隧道通风排烟的设计。利用按照弗洛德相似性原理自行设计建造的公路隧道火灾烟气输运特性研究试验台,研究了不同纵向通风风速下燃料火源功率、火焰形状和烟气层高度、距火源2 m人眼高度处一氧化碳体积分数、隧道横截面竖向温度及隧道纵向人眼高度处温度的变化规律。结果表明,所研究的火灾参数与纵向通风之间呈现非线性变化关系,火源功率在纵向通风作用下出现"双驼峰"现象,随风速增大,火源功率、火焰主体长度与亮度的变化规律相似,平均燃烧速度与一氧化碳体积分数、温度变化规律一致。     

隧道半横向排烟模式下不同排烟口分布的温度场数值模拟研究

结合某过江盾构隧道,基于三维流体动力学模拟仿真软件平台,建立三维仿真模型,研究火灾发生在隧道盾构段典型区段时,排烟开口在火源上下游不同的分布模式时烟气层的温度场分布。通过分析模拟结果可知:随着火源上游排烟开口逐步增加,火源上游烟气逆流长度和蔓延速度都相对稳定而后又逐步增长,火源下游的烟气蔓延长度先减小而后又基本趋于稳定,下游烟气沉降高度则有所升高;火源位置处正上方温度则随着上游排烟开口的个数逐步增加而逐渐升高。而从其他的排烟开口变化模式模拟结果可知:随着排烟开口面积或者开口间距的逐步增大,烟气蔓延的速度先增加而后又逐步减小,且开口间距为30m左右时烟气蔓延速度相对较慢;排烟开口宽高比对烟气蔓延影响较小。所获得的结论将有助于相关类型工程的设计和管理。