纵向排烟与集中排烟下烟气控制效果的对比研究

以某特长公路隧道为研究背景,采用缩尺寸试验测试、数值模拟的方法分别对纵向排烟和集中排烟模式下隧道内火灾烟气的蔓延特性进行了研究,并对比分析了两种排烟系统在火灾工况下对烟气的控制效果。结果表明,纵向排烟模式将火灾烟气控制在火源下游并从隧道出口排出,高温烟气蔓延范围较长;集中排烟模式通过排烟阀将烟气抽离行车道,有效地控制了烟气蔓延和沉降,高温烟气维持在行车道的上部空间,主要通过竖井排出隧道。采用纵向排烟模式的坡度隧道烟气控制受烟囱效应影响较大,而在设置排烟道的坡度隧道中,将排烟阀开启进行自然排烟就能有效地减弱烟囱效应。因此,采用集中排烟模式的防灾安全性能要优于采用纵向排烟模式。     

纵向风作用下竖井自然排烟对隧道内烟气逆流长度的影响

为了研究纵向风作用下隧道内竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响,采用数值模拟的方法,建立了不同竖井高度的全尺寸隧道模型。并选取无竖井排烟的工况作为对照组,模拟不同火源功率下,改变竖井与火源纵向距离时竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响和竖井排烟失效临界风速的变化。结果表明：当纵向风风速较小时,竖井对烟气逆流起抑制作用;随着风速增大,烟气逆流被控制在竖井近域范围内,竖井对烟气逆流的抑制作用减弱;当风速足够大时,烟气逆流将被完全限制在竖井下游,此时竖井排烟作用失效,且对纵向通风气流起到分流作用,烟气逆流长度反而变长。在此基础上,提出了竖井排烟失效临界风速的概念,竖井排烟失效临界风速随竖井高度增加而增大。     

障碍物对隧道火灾中竖井自然排烟效果的影响*

为研究障碍物对隧道火灾中竖井自然排烟效果的影响,利用数值模拟方法分析不同的纵向风速和隧道内障碍物所处的不同位置对隧道及竖井内温度场、流场结构的影响,并根据模拟结果计算竖井排出热量。结果表明:随着火源与障碍物纵向距离的改变,在近火源区域,竖井后方会发生吸穿现象;在中间区域,障碍物后方发生边界层分离,烟气层变厚;在近竖井区域,竖井和负压区的耦合作用使烟气层变薄;排出热量随着纵向风速的增大先增加后减少,临界风速为1.5 m/s。     

隧道挡风板对竖井自然排烟效率的影响研究

通过数值模拟研究了隧道内挡风板的设置对竖井自然排烟系统效率的影响，探讨了不同火源热释放速率与不同挡风板安装参数(挡风板高度、挡风板与竖井距离)下隧道火灾的烟气温度分布规律、流动规律及竖井自然排烟系统排烟效率。采用N系数法确定了烟气层与冷空气的界面，用于判断是否发生烟气层吸穿现象。结果表明，与无挡风板的工况相比，设置挡风板后，竖井排烟效率提升显著。设置挡风板对向下游方向运动的火灾高温烟气产生了一定的阻滞作用，使高温烟气在竖井下方蓄积，在一定程度上避免了竖井自然排烟系统出现烟气层吸穿现象。设置挡风板后，竖井的排烟效率随挡风板高度增加而增加，而挡风板与竖井间距离的变化对竖井排烟效率的影响较为有限。对于相同的火源热释放速率，竖井排烟效率与挡风板高度在一定范围内几乎成线性变化。建立了排烟效率与无量纲挡风板高度及无量纲火源热释放速率之间的经验公式，可对不同挡风板高度与热释放速率下的竖井自然排烟效率进行预测。     

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,...     

大跨径隧道不同车道火灾对侧向集中排烟效率影响研究

为探究大跨径隧道不同车道发生火灾时的烟气流动特性及其对侧向集中排烟系统的影响,应用FDS软件探究了大跨径水下隧道火灾特性。首先,研究火源位于不同车道对烟气温度分布特征的影响;然后,分析隧道内烟气流动特征,得到火源位于不同车道时的隧道流场分布情况、烟气蔓延范围;最后,根据数值模拟结果计算不同车道发生火灾时侧向集中排烟系统的排烟效率。结果表明：火源不在隧道中心位置时,两侧的烟气温度分布不对称,近壁面一侧烟气温度高于远离壁面一侧的温度;火源靠近隧道侧壁时,近火源处的烟气将因惯性力的作用而产生涡旋;火源位于不同车道对横向集中排烟的排烟效率影响较大,火源距排烟口的横向距离越远,排烟效果越好,其主要原因是当火源远离排烟口时,烟气在纵向蔓延中不会产生强涡流以及烟气分流现象,从而提高了排烟效率。     

某机场航站楼自然排烟系统有效性的热烟试验研究

在许多高大空间建筑中安装有自然排烟系统,而随着空间高度增加,火灾烟气温度降低,浮力减小。在某机场航站楼二楼办票大厅进行了全尺寸火灾试验,对大厅顶部的电动自然排烟窗的排烟有效性进行检验。试验中火源为甲醇池火,添加发烟剂作为示踪粒子。共进行了6组不同排烟口面积和火源功率的试验,通过测量火源附近大厅上部烟气温度分布和排烟口速度验证自然排烟的有效性。结果表明,自然排烟窗能有效排出烟气,控制烟气沉降,降低火灾危险性。     

盾构隧道顶侧壁排烟模式的排烟效果研究

为了研究顶侧壁排烟模式对盾构隧道排烟效果的影响,基于CFD数值模拟分析方法,通过烟气蔓延范围、隧道拱顶温度、烟气层厚度、排烟口的排烟速率和排烟效率等参数的变化规律分析对比顶侧壁、侧壁及顶部3种排烟模式对盾构隧道内火灾烟气的控制效果。结果表明,顶侧壁排烟模式和侧壁排烟模式的烟气蔓延距离较远,3种排烟模式下烟气层厚度和拱顶温度在火源两侧均呈现近似对称分布,顶部排烟模式的排烟效率明显高于顶侧壁排烟模式和侧壁排烟模式。综合考虑,顶侧壁排烟模式的烟气控制效果欠佳,因此从烟气防治的角度考虑盾构隧道排烟设计应避免顶侧壁排烟模式。     

沉管隧道内车厢火羽流的临界风速研究

为探究纵向通风与侧向集中排烟协同作用下,沉管隧道内车厢火羽流的临界控制风速特征,首先,建立1∶8缩尺寸隧道试验模型;然后,选取3种车厢开口尺寸及9组火源功率,并考虑侧向集中排烟系统开启和关闭2种状态,采集沉管隧道内不同纵向风速下顶棚烟气温度数据;同时,通过火灾动力学模拟软件(FDS)模拟沉管隧道内车厢火羽流的速度场和温度场分布特征;最后,分析临界风速演化的物理影响机制。结果表明：无论侧向集中排烟系统是否开启,隧道顶棚下方烟气最大温升均会随纵向风速增加而下降,同时隧道内烟气逆流长度也会不断缩短直至为0;随隧道内车厢火源功率的增加,临界风速均呈现先增大后不变的趋势;在相同火源功率条件下,侧向排烟系统开启时对应的临界风速明显大于其关闭的情况;在侧向排烟与纵向通风协同作用下,随火源功率增加,沉管隧道车厢火羽流临界风速呈现先增加、后不变的分段函数关系。     

高层建筑利用竖井排烟的全尺寸实验研究

通过开展全尺寸实验,对不同竖井高度、火源功率下,室内、补风口、竖井的温度变化,以及补风口、竖井内速度变化进行分析研究。结果表明:竖井内温升随距离竖井底部距离增加呈指数规律衰减,竖井内排烟速度随距离竖井底部距离增加逐渐减小。火源功率一定时,竖井高度增加,烟囱效应增强,控烟效果变好,当竖井高度由2.8 m增加至5.6 m时烟囱效应增加最显著;火源功率增大,烟囱效应也增强,但室内热压力的增大不利于补风口控烟,需适当提高排烟竖井高度或减小补风口面积。     

Determination of the applicable exhaust airflow rate through a ventilation shaft in the case of road tunnel fires

In this study, a model experiment in a long road tunnel employing the longitudinal ventilation system with a ventilation shaft is carried out during a fire accident to determine the optimum exhaust airflow rate through the ventilation shaft. The appropriate operation of the shaft fan according to the position of fire is investigated, and the optimum exhaust airflow rate for prevention of smoke spreading through the tunnel is determined based on the entire exhaust of both smoke and airflow generated by fire and jet fan operation, respectively. As a result of using the amount of smoke, the critical air velocity produced by jet fans, the effective cross-sectional area of a tunnel and the correction factor, a formula for exhaust airflow rate is drived. In addition, a correction factor (α = 1.1) for the thermal expansion caused by heat of a 20 MW fire is determined theoretically and experimentally. It is expected that this study will contribute to plan the shaft operation for the emergency ventilation as well as provide the preliminary data to design the airflow rate of shaft.     

Experimental study on thermal and toxic hazards connected to fire scenarios in road tunnels

The problem of toxic smoke in case of an accident with fire scenario is particularly severe in long tunnels and immediate effects from combustion product exposure often include fatalities. Notwithstanding extensive studies on fire simulation in tunnel, there is still a substantial lack of information on the different toxic products from combustion of light or heavy vehicles. In particular, there is a need for reliable test methods suitable to provide toxic products yields connected to defined accidental fire scenarios. In this paper, experimental runs in a laboratory scaled tunnel, simulating accidental fires of different heat release rates allowed firstly to characterize the thermal profiles in pool and car fires and to compare results by an analytical pool fire model. Results were compared as well with those obtained in a real scale tunnel, so as to quantitatively assess the scaling effect. A series of experiments was performed simulating an accidental scenario including pool fire from collision between a light vehicle and a HazMat heavy vehicle. An extensive set of experimental data allowed performing with good accuracy and reproducibility a complete characterization of toxic gases from car model fires, together with carbon monoxide and oxygen trends. The results obtained under different heat release rates allowed evidencing the dependence of the yields of toxic gases upon the considered scenario. Based on the intrinsic toxicity data of identified compounds, it is possible to draw practical conclusions, useful to assess the potential hazard associated to exposure to toxic smoke in road tunnel.     

中庭机械排烟系统的实验研究

本文是国家科技进步重点项目“失火中庭烟气控制”(No-98-04-03)的一部分。文章采用正交实验法，对影响中庭机械排烟过程中烟气层高度的排烟量，火源释热速率，排烟口及排烟口各因素之间的交互作用等因素进行了研究。实验表明：排烟量大小，排烟口数量和火源释热速率对烟气层高度的影响特别显著；排烟口间距，排烟口间距与数量的交互作用以及排烟口位置对烟气层高度有明显影响；排烟口大小，排烟口数量与位置，数量与大小，间距与位置．间距与大小，位置与大小之间的交互作用确影响不明显。     

不同火源功率及火源—出口距离对隧道火灾临界风速的影响研究

由于隧道特殊的建筑结构,其发生火灾时的危害性,相比于其他类型的火灾要严重的多。在隧道的消防设计中,运用纵向风排烟是隧道火灾一项重要的消防措施,如何利用纵向风的特性来有效地引导隧道火灾烟气的运动需要进行系统的研究。运用FDS数值模拟的方法进行研究。结果显示,临界风速随着火源功率的增大而增大;并且随着火源与隧道出口距离的增大呈现出线性增长的趋势。对于6.0cm和9.0cm的火灾,临界风速与火源-出口距离关系式分别为 y=0.4+0.14x, y=0.5+0.11x。因此在消防实际应用中,应当充分考虑不同火源功率和火源在隧道中的相对位置对火灾烟气运动的影响,调节不同的排烟风速进行有效、合理的隧道排烟。     

侧部点式排烟模式下烟气分层特性研究

引入烟气掺混影响长度的概念,针对侧部点式排烟模式下不同火灾热释放速率、排烟流量等变化条件,对烟气层厚度、烟气层温度及水平流动速度随烟气水平蔓延的变化情况进行了数值模拟研究。结果表明:烟气掺混影响长度与排烟流量成正比例增长关系;排烟流量较小时,烟气存在明显分层,随着排烟流量的增大,烟气层与冷空气层剧烈掺混,烟气层变得紊乱,看不到明显的分层现象;同一纵向条件下排烟口附近上层烟气层的流速值随排烟流量增加呈现先增大后减小的趋势,不同纵向条件下排烟口外侧烟层流速较低,距离排烟口越远时,侧向排烟对烟气蔓延的抑制作用越弱;排烟流量对于烟气层稳定性的抑制作用主要集中在排烟口处及排烟口与隧道端部区段。     

分岔隧道火灾火源位置对临界风速影响的数值模拟分析

为探究分岔隧道火灾火源位置对临界风速的影响规律,使用数值模拟方法对火源位于分岔隧道分岔口前和分岔口后的火灾场景下的临界风速进行研究.研究结果表明:火源位于分岔口后的主隧道时,临界风速明显大于火源位于分岔口前的临界风速;在一定范围热释放速率下,分岔隧道临界风速与热释放速率的1/3次方成正比;在分岔隧道模型中,相同热释放速...