铁路隧道火灾拱顶附近最高温度预测模型研究

隧道拱顶下方最高温度是结构防火设计中的一个重要参数,对不同火灾工况下隧道拱顶附近最高温度的变化规律进行数值模拟研究。对比分析网格尺寸对火灾模拟结果的影响,结果显示当网格尺寸为0.1D*时模拟结果比较准确。分析了不同纵向通风风速、不同火源热释放速率及不同火源面到拱顶距离的情况下Kurioka最高温度模型的有效性,得出Kurioka最高温度模型在通风风速较小或不通风情况下是失效的。最后,对模型进行修正,给出一个具有广泛应用的隧道拱顶附近最高温度预测模型。     

电气管廊火场模拟分析与灭火有效性试验研究

针对三种不同尺寸的电气管廊试验环境,开展实体火试验,研究引火源、电缆类型及通风风速等因素对电气管廊火灾温度特性的影响,研究表明,电缆类型及引火源对火灾发展影响较大,通风风速对火灾温度特性产生规律性影响,不同尺寸的电气管廊内温度变化不存在比例关系。细水雾灭火系统可以有效扑灭电缆发热起火及外部火引燃的火灾,数值模拟结果可以较好的预测实体火试验结果。     

室内轰燃试验及数值模拟分析

通过实体小室轰燃试验,比较BFD曲线参数估计法和FDS场模拟在轰燃预测上的可靠性.采用相关系数法比较BFD曲线参数估计法和FDS场模拟对室内温度变化预测的可靠性; 通过偏差均方根比较了这两种预测方法对室内最高温度预测的可靠性.结果表明,BFD曲线参数估计法对轰燃发生时的室内温度变化的预测结果接近火灾实际情况(平均相关系数为0.920 1),但对未发生轰燃时的预测的可靠性较差(相关系数为0.313 8).通过两种不同网格密度(网格大小分别为0.13 m3和0.053 m3,总网格数分别为45 000和360 000)的FDS场模拟发现,采用细网格时FDS场模拟对温度变化的预测的可靠性较好(相关系数为0.881 8).轰燃发生和未发生两种条件下,FDS场模拟对室内最高温度的预测能力都优于BFD曲线参数估计法,而网格加密对提高FDS场模拟预测能力的影响不明显.通过对火灾时房间内温度预测的比较,可得到不同模型对轰燃发生时间和强度预测的可靠性,这对建筑结构安全和人员逃生具有重要意义.     

南京长江隧道火灾数值模拟

以南京长江隧道为研究背景,运用火灾动力学模拟软件PYROSIM建立实体物理模型,并将空间划分为0.1 ×0.1 ×0.1m3的网格,对南京长江隧道火灾过程中的纵向通风进行模拟计算.定量分析了不同通风速率条件下火灾及烟气蔓延的规律,并得到隧道拱顶附近温度和烟气分布状况.模拟结果显示较小风速下烟气会产生回流,但随着风速增大烟气扩散速率随之加快,通过对3种不同风速的分析比较,选择3.0m/s纵向通风作为临界风速.进一步结合南京长江隧道现有的消防设施及应急救援系统,分析该临界风速下烟气温度对隧道结构和毒害气体对人员疏散救援的影响.结果显示此临界风速下隧道结构安全,且在疏散及时、救援有效的基础上,基本能保证人员疏散安全.     

高层建筑管道井内烟气运动大涡模拟

采用火灾过程的场模拟理论,以大涡模拟为基础,分析了火灾烟气流动过程的动力学特征;为了验证大涡模拟数值方法的准确性,针对Mercier和Jaluria竖井内的实验工况进行了模拟研究,其模拟结果与试验结果吻合较好,表明大涡模拟可以较好地预测竖井内烟气流动情况;通过设定不同的火灾场景,对不同火源功率和不同几何尺寸条件下管道井内烟气的流动过程进行了数值模拟,其结果给出了不同的几何尺寸和火源功率对管道井内所形成“烟囱效应”的影响情况。笔者的模拟和研究表明:大涡模拟可较准确地预测高层建筑管道井内烟气的流动状态,对高层建筑的防火设计具有指导性作用。     

基于CFD模拟的不同尺度竖井模型内烟气温度分布相似性的研究

通过小尺寸实验来研究实际建筑结构的火蔓延和烟气控制是一种已经被验证的十分有效的方法。经典方法中尺寸缩放只需要保证Froude数不变即可。采用CFD模拟的方法研究由火灾引起的烟气羽流在高层建筑竖井内的温度分布情况,建立三种不同尺寸高层建筑竖井的相似模型,并对比模拟结果,得出了尺寸缩放的规律:在保证Froude数不变的前提下,还需保证竖井结构内的流动为湍流;同时得到了着火房间通风口无量纲面积大小和火源位置变化对不同尺寸模型内流动相似性效果的影响规律。     

火源功率与隧道阻塞比对临界风速变化规律影响研究

临界风速是隧道进行通风排烟设计的重要参数,为了研究火源功率、隧道阻塞比对临界风速变化规律的影响,采用PyroSim火灾动力学模拟工具与经验公式对比分析的方式。建立隧道缩尺寸模型,并对模型网格尺寸划分进行可靠性校验,发现网格尺寸为火源特征直径的十分之一时最可靠。结果表明:模拟临界风速与理论临界风速相吻合,临界风速随火源功率的增加而增大,当火源功率大于某范围时,临界风速开始趋于稳定;临界风速受到列车对隧道阻塞作用的影响,临界风速随着隧道横截面阻塞比的增加而呈线性减小,在阻塞比达到40%时,临界风速趋于稳定。     

某宾馆火灾烟气扩散及疏散模拟研究

利用计算机模拟技术,对宾馆火灾烟气扩散和人员疏散过程进行了计算模拟.首先基于客房的火灾可燃物分析,设定了火灾增长功率曲线.利用大涡火灾模型,计算了火灾发生后,起火房间、疏散通道及疏散出口内的影响人员疏散的温度、有毒气体浓度以及能见度发展趋势,给出火灾条件下可用安全疏散时间.通过精细网格人员疏散模拟,分析了人员所需安全疏散时间及安全疏散行为方式,研究表明人员可以安全疏散.该方法可作为宾馆火灾安全分析参考.     

CFAST在大空间火灾模拟中的应用研究

为了实现区域模拟软件CFAST在大空间火灾模拟中的应用,深入研究多区域模拟的模拟效果,引入了均匀划分和局部加密的两种多区域模拟方法.采用与实验研究相结合的方法,与测量结果对比,发现采用均匀区域划分方法时,在满足CFAST允许的区域总数要求和每个区域符合CFAST推荐的区域尺寸比例的条件下,采用的区域越多,模拟结果越精确;同时,采用在火源附近区域分布密集的局部加密划分方法,模拟效果优于均匀划分方法,烟气层最高温度相对实验测量结果的误差仅为4.3％,更接近实际.     

Arrhenius燃烧模型对离散网络的限制

在火蔓延过程的数值模拟中，如果采用Arrhenius燃烧模型，对网格的划分有一定的限制条件。本文作者分别在层流工况和弱湍流工况下通过对油－沙池表面火蔓延过程的数值模拟研究，发现：如果采用Arrhenius燃烧模型，则不合适的网格划分会影响火焰的传播。通过对火焰传播机理的分析，提出一无量纲网格生成准则数π。如果网格划分的网格准则数π大于其临界准则数π0，则网格的划分不会影响火焰传播过程，即网格的划分是合适的，反之，若π＜π0，则所划分的网格就是不合适的，须重新生成网格。     

喷头间距对城市隧道细水雾灭火的影响研究

为合理设置城市交通隧道细水雾自动灭火系统喷头间距,在实体隧道中进行了4种不同喷头间距的细水雾灭火实验,利用FDS软件模拟了8种喷头间距下细水雾对火灾温度、烟气密度的影响情况。研究结果表明:实验数据与模拟数据基本吻合;细水雾对隧道火灾抑制效果明显;喷头间距对火灾影响规律可划分为2个区域,对于Ⅰ区（间距<2.5 m）,单位体积细水雾质量是影响细水雾灭火的最主要因素,对于Ⅱ区（间距≥2.5 m）,细水雾灭火效果受单位体积细水雾质量、动量综合影响,并分别给出了温度、烟气密度与喷头间距的函数关系式;就宽6 m、高5 m的城市隧道而言,细水雾喷头间距宜设置为2.5 m。     

上悬窗条件下通风控制腔室火灾温度的实验研究

随着建筑结构的发展,上悬窗日益成为城市建筑窗户的选择,但这种通风条件下腔室火灾的发展特性仍缺乏研究.利用1:8相似比例的缩尺寸腔室火灾实验台,实验研究了上悬窗不同开口尺寸、不同开窗角度下,通风控制的腔室火灾温度发展特性.实验结果表明,通风控制条件下,腔室火灾温度随着上悬窗开口尺寸和开窗角度的增加而增加,并通过能量平衡分...     

纵向通风下坡度隧道火灾烟气特性数值模拟研究

为探讨纵向通风情况下坡度隧道火灾烟气的温度分布、回流长度等特性参数,运用火灾动力学模拟软件FDS建立一个长为500 m的公路隧道模型,对不同坡度、不同纵向通风速率的20组火灾工况进行模拟研究,通过分析各工况的模拟结果,并结合前人在隧道火灾烟气特性研究方面的成果,得到火灾情况下隧道内烟气的纵向温度分布规律、隧道拱顶温度变化规律、温度偏移及烟气回流长度变化规律等。     

多层建筑火灾烟气运动和回燃的数值模拟研究

为了解多层建筑火灾的蔓延发展和烟气运动,应用大涡模拟(LES)方法对多层建筑火灾发生过程进行数值模拟分析,模拟不同工况下走廊和各楼层中火灾烟气运动和温度的变化情况.尤其针对内部含有竖井的多层建筑,考虑到烟囱效应对火灾发展和烟气蔓延的影响,分别设置自然排烟和机械排烟的实验工况,分析电梯间通风口在自然排烟和机械排烟状况下火灾的发展和烟气运动.通过分析温度和能见度数据,发现合理安排机械排烟能够争取更多人员逃生时间.对于多层建筑火灾中发生的回燃现象进行了原因分析.     

基于Phoenics化工储罐区火灾数值模拟研究

应用Phoenics软件针对广州市南沙区小虎岛某化工厂储罐区火灾进行数值模拟,探讨基于CFD软件化工储罐区火灾数值模拟关键技术。计算结果直观地表达了火灾发生的全过程,以及不同时间、不同位置烟气的温度、浓度、能见度等参数的变化情况,分析事故状态下破坏影响范围,揭示火灾过程的规律性,给出灭火救援建议。     

航站楼公共区的实体试验与模拟试验研究

机场航站楼公共区存在的各类火灾荷载不仅加剧了火灾隐患，还由于各自不同的燃烧特点给相关研究增加了难度。通过对商铺货架、书店书架、值机普通座和商务桌椅开展实体燃烧试验，并采用火灾动态模拟器(Fire Dynamic Simulation, FDS)进行全尺寸建模和数值模拟，分析火灾荷载类型、燃烧过程和温度的相关性，通过统计分析软件对比实体试验与模拟试验的燃烧过程、温度、热释放速率(Heat Release Rate, HRR)等参数的差异及原因。结果表明，HRR与O₂/CO₂释放率均会对温度产生显著影响，导致模拟后期的温度比实体试验的更低。火灾荷载类型会影响实体试验的HRR和温度，而实体试验和模拟试验测得的温度均与燃烧过程的HRR呈显著正相关性，O₂/CO₂释放率也会影响模拟试验的HRR和温度。通过O₂/CO₂释放率的参数赋值，可提高FDS模拟结果的准确度。     

交叠型群洞车站站厅火灾排烟口相对位置排烟效果影响分析

以青岛某地铁车站为研究对象,研究火灾工况下风口相对风管位置设置和风口尺寸对地铁站厅层火灾烟气流动的影响,通过对不同时刻人眼高度处的温度值、CO浓度值、可见度数值的分析发现:风口位置位于风管上部效果要优于侧部和下部;通风量一定时,不同风口面积对烟气流动影响较小。     

基于混凝土循环剥落的隧道火灾损伤数值模型研究

为研究混凝土高温剥落对隧道衬砌火灾损伤的影响,在现有隧道结构非线性瞬态热—力耦合有限元模型基础上,提出1种在火灾高温条件下混凝土发生剥落的循环算法,以模拟火灾下衬砌结构截面面积的损失,并引入混凝土临界剥落温度的概念,得出基于混凝土循环剥落的隧道衬砌火灾损伤数值模型建立流程。利用该模型对某隧道衬砌结构进行火灾损伤模拟,并与试验结果进行对比验证。结果表明:火灾下隧道混凝土衬砌结构内逐渐增大的热应力是导致普通混凝土高温剥落的主要原因;可将衬砌受火面是否达到临界剥落温度作为隧道发生高温剥落的充分条件进行火灾损伤分析;模型求解所得的数值模拟结果与现场火灾试验数据基本吻合,验证了其可行性;混凝土高温剥落与否对衬砌结构等效温度应力有较大影响,在隧道衬砌结构抗火性能分析过程中应尽量考虑混凝土高温剥落造成的影响。     

城市交通隧道坡度对火灾烟气扩散影响研究

利用大涡模拟方法研究城市交通隧道火灾自然通风下烟气的扩散规律,重点研究隧道的坡度对烟气羽流的影响。研究坡度在0-5%范围内的隧道内烟气层横向以及纵向温度场分布以及火源拱顶处最高温度随时间的变化规律,并与坡度为零的隧道火灾的烟气模拟结果进行比较。研究表明：5%坡度对烟气纵向分布影响较大,尤其在火源下游的上坡方向,烟气层沉降快。坡度使烟气最高温度点火源下游偏移,但最高温度值变化不大。研究结果对于研究城市交通隧道的消防设计以及人员疏散提供参考。     

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。