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。     

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。     

人字坡山岭隧道火灾顶板下方烟气最高温度的研究

隧道顶板下方烟气的最高温度对隧道防火设计有重要影响。采用FDS对人字坡隧道下游坡度为0、-3%、-5%、-8%、-10%、-12%、-15%等场景进行模拟分析,以探讨人字坡隧道内的烟气分布规律,得出顶板下方最高温度沿程衰减与隧道坡度、火源功率之间的关系。结果表明,随隧道下游坡度增加,上游烟气蔓延速率加快。当燃烧处于稳定状态时,人字坡隧道两端的烟气层始终与水平地面平行,与隧道两端的坡度无关;随隧道下游坡度增加,人字坡隧道的最高温度逐渐增加,其温度明显高于单坡度隧道的温度;当坡度达10%时,温度不再受坡度影响。对数值模拟的数据进行拟合,得出最高温度沿长度方向呈指数衰减,与火源功率呈3/4次方关系,进而建立了最高温度变化的预测模型。     

车辆阻塞效应下隧道火灾烟气温度及烟气逆流长度变化规律研究

通过数值模拟方法对车辆阻塞效应下的隧道火灾烟气温度及烟气逆流长度的变化规律进行了研究。主要分两种车辆阻塞效应讨论:1辆设定大小车辆障碍物阻塞;2辆设定大小车辆障碍物阻塞,且在同一车道。通过改变火源高度、纵向通风速度探究了车辆阻塞效应下隧道火灾烟气温度及烟气逆流长度的变化规律。结果表明:两种车辆阻塞效应下,随着火源高度的升高,隧道内顶棚烟气温度的变化规律相同:随火源高度的升高而增大。2辆车辆阻塞下的隧道顶棚烟气温度略低;两种车辆阻塞效应下,随着火源高度的升高,隧道内烟气逆流长度的变化规律不同。1辆车辆阻塞下烟气逆流长度随火源高度的升高而增大,而2辆车辆阻塞效应下烟气逆流长度随火源高度的升高而减小。     

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。     

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。     

大坡度倾斜巷道火灾烟气温度分布特征研究

为研究矿井大坡度纵向通风倾斜巷道发生火灾时烟气蔓延特征,采用Pyrosim数值模拟方法,分析坡度为5～30°的巷道火灾顶棚烟气最高温度和纵向衰减特性;提出坡度修正系数,构建一种适合坡度大于10°的巷道顶棚烟气最高温度预测模型.研究表明:随着巷道坡度增大,顶棚烟气最高温度下降,但烟气层垂直方向温升梯度减小,高温烟气充满近...     

坡度条件下竖井隧道火灾温度变化数值模拟研究

为了研究不同坡度竖井隧道,采用FDS对不同坡度（3%～20%）作用下竖井内部温度衰减、烟气逆流长度以及竖井自然排烟效率进行分析。采用无量纲参数,对隧道内部温度变化进行研究,结果表明：坡度的增加能抑制竖井吸穿现象的产生;坡度会使火焰角度发生倾斜导致温度最高点出现变化,同时也能降低隧道内部温度,烟气逆流长度受坡度变化影响大,根据研究结果建立温度衰减预测模型与烟气逆流模型,为隧道、巷道提供设计依据。     

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...     

半横向通风作用下隧道火灾烟气蔓延特性数值模拟研究

采用数值模拟方法对半横向排烟下的隧道火灾烟气蔓延特性展开研究,研究排烟口数量、排烟口风速以及排烟口间距对烟气蔓延范围以及顶棚下方温度分布的影响。研究发现：排烟口数量的增加可有效减小烟气蔓延范围并降低烟气温度,但排烟口数量增加到一定值后,烟气蔓延距离基本保持不变;排烟口风速的增大可减小烟气蔓延范围并降低烟气温度,但排烟口风速增大到一定值后,烟气蔓延距离基本保持不变;随着横向排烟口间距的增大,烟气蔓延范围随之增大,顶棚下方烟气温度呈上升趋势。     

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。     

综合管廊内火灾自动报警探测器实验研究

为了能够有效提升综合管廊内火灾自动报警系统的准确性和可靠性,本文采用火灾实体试验的方法,通过对各类型火灾自动报警探测器响应时间的情况进行分析和比较,研究综合管廊电力舱内常用探测器的性能。研究结果表明:接触式缆式线型感温火灾探测器可以较早的探测到电缆温度异常变化的现象,可用于早期预警。点型感烟探测器对烟粒子浓度较为敏感,可用于综合管廊电力舱室的空间探测。分布式光纤型感温火灾探测器对明火温度的变化较为敏感,作为空间型的火灾探测器比较可靠。     

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。     

地铁长大区间隧道火灾排烟模式有效性研究

为了研究地铁长大区间隧道火灾烟气控制模式,以国内某在建长大区间隧道为研究实例。选取了区间隧道内3个不同的位置作为列车着火位置,分别为每种工况设置不同的排烟送风模式。基于FDS软件进行仿真模拟,研究各工况下,隧道内顶棚温度、风速、流量的变化及隧道顶棚稳定温度纵向分布,获得了不同工况下的排烟效果。研究表明,根据区间内着火位置不同,采取相对应的排烟送风模式,使火灾烟气的蔓延得到了有效控制。     

烟气湍流效应对火灾图像探测的影响

烟气是火灾过程的重要物理现象,烟气的湍流效应是火灾图像探测的重要影响因素,分析了烟气湍流反应对火灾图像探测的影响,得出了一些烟气湍流效应的图像特征,为多参数特征的火灾探测提供了理论依据。     

水幕在隧道中灭火的数值模拟研究

利用CFD软件中的专用FDS软件对水幕在隧道产生火灾进行灭火模拟研究,模拟水幕对隧道中火灾产生的烟气流动速度、烟气浓度以及温度等特性参数的影响,模拟得到水幕能有效地减慢地下隧道中烟雾的扩散和降低烟雾的温度,为地下工事中的人员逃离提供有力的保证,为加强地下工事的防御提供了理论参考。     

隧道火灾研究的知识图谱分析

为了解隧道火灾研究领域的整体情况,绘制隧道火灾科学的知识图谱,本文基于2000-2018年Web of Science和CNKI刊载的隧道火灾论文,利用VOSviewer技术,对隧道火灾科学进行全面可视化分析图谱显示,国际上隧道火灾研究的核心主题是Simulation、Tunnel Ventilation Temperature and Smoke、Tunnel Fire Safety,国内是数值模拟、隧道救援与疏散、隧道的消防灭火、火灾探测报警、隧道结构;高产的作者是Ji Jie和徐志胜等,近期活跃的作者是Zhang Shaogang和石晓龙等;开展隧道火灾研究的国家多位于欧洲。结果表明隧道火灾研究领域的发文量、主题分布及作者间的合作都已初具规模,国内更偏重于工程应用的研究,主题演变略快于国外,我国在此领域处于核心地位。     

综合管廊防火研究

我国综合管廊的发展已由规模建设期逐步进入运营期,综合管廊的防火研究也在不断发展变革。目前的法规标准对防火分隔、自动灭火设施、应急逃生口等防火设计的规定并不明确,项目组对近年来我国综合管廊的规范标准发展、工程设计实践、消防理念更新进行了调研和分析探讨,并分析综述了现有综合管廊的相关研究,可为后续综合管廊的防火研究和工程设计提供重要参考。