纵向通风隧道内火灾温度场分布规律研究

以狮子洋水下特长隧道为工程背景,利用CFD数值模拟软件FDS 4.01,建立隧道实体物理模型,进行火灾数值模拟分析。研究了列车火灾热释放功率为15 MW、不同坡度、不同纵向通风风速下,该类隧道内拱顶附近和2 m高处温度场的纵向分布规律,以及各工况下拱顶的最高温度,并分析其对隧道结构防火和人员疏散救援的影响。结果表明:随隧道坡度的增大,在同一通风速率下的烟气回流长度逐渐减小,但随着风速的加大,坡度对烟气回流的影响逐渐减弱;随着通风风速的增大,火区附近的温度下降,而沿程温度上升,纵向通风速率越大,拱顶温度越低。     

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.     

隧道竖井外流场模拟及风塔外型结构优化研究

为提高长大隧道施工及运营通风过程中竖井通风效率,实现隧道节能通风。依托实际隧道工程,基于Fluent软件,选用RNG k-ε湍流模型,对无竖井风塔、圆柱风塔、矩形风塔和凸台状风塔4种结构、不同环境风速工况下的流场进行数值模拟,并对模拟结果进行交叉比对分析,提出最优化的竖井风塔结构形式。研究结果表明:采用风塔结构竖井出流量要远大于无风塔结构竖井出流量;对于不同竖井风塔外型结构,竖井出流量与环境风速关系呈多项式函数;当倾斜角为45°、圆心角为90°时,凸台结构对应竖井出流量最大,且受环境风影响波动较小,通风稳定性较好。建议竖井出口结构选用矩形或凸台状,实现对环境风的高效利用,提高竖井通风效率。     

挑檐抑制PMMA竖直火蔓延数值模拟研究

应用FDS数值模拟软件,建立PMMA竖直火蔓延模型,通过改变防火挑檐长度和宽度,设计一系列工况,对比分析挑檐长度、宽度以及宽长比对竖直火蔓延的影响。结果表明当挑檐长度为临界值时,随宽度的增加,挑檐上方壁面温度与热释放速率均逐渐降低;挑檐宽度为临界值时,随长度的增加,挑檐上方壁面温度与热释放速率逐渐降低;挑檐长度较长时,有效阻火的挑檐宽度随长度的增加而逐渐减小,最后固定不变,最终建立了防火挑檐的临界点与热释放速率的无量纲模型。     

矿井巷道火灾烟流逆退数值模拟及临界风速研究

为了研究矿井发生火灾后高温烟流的蔓延规律及影响因素,利用COMSOL软件对火区进行数值模拟,建立巷道三维模型,得到火区风流速度与温度分布。通过改变边界条件,分析火风压作用下,火区烟气在不同控制风速、巷道条件作用下蔓延规律,得出不同因素与临界风速的关系,为选取合理的火灾控制风速提供理论依据。研究结果表明:火源温度一定时,巷道入口风速越低,火源下风侧高温烟流越靠近巷道顶部,随着风速增大,向巷道下部蔓延;风速较低时,在火区火风压的作用下,会产生烟流逆退现象,随着风速的增大,逆流层长度和厚度随之减小;巷道入口通风条件不变时,火区温度越高越容易产生烟流的逆退,影响范围越大;巷道高度越高、上行风坡度越小,越易发生逆退现象;不同影响因素与巷道平均温度不成正比关系,其中下行风坡度5~15°时巷道平均温度较高且易于发生烟流滚退现象,影响范围较大;火源温度、巷道条件与临界风速的数据拟合结果对预测巷道的临界风速有较好的参考价值。     

上、下悬窗阻风能力对比研究

环境风会改变排烟窗附近的烟气流向和速度,影响建筑内烟气流动,进而导致建筑自然排烟效率受到影响。采用数值模拟方法,对比研究了排烟窗开启角度和环境风对上、下悬窗阻风能力的影响,分析了不同开窗角度下,悬窗进风量和进风区域随开窗角度和风速的变化规律。结果表明:上、下悬窗相对进风量与开窗角度均成指数关系,但上悬窗阻风能力弱于下悬窗,上悬窗开窗角度大于45°后即失去阻风能力,而下悬窗开窗角度大于75°后才逐渐失去阻风能力,且开窗角度小于30°时,下悬窗至少能比上悬窗多减少50%空气进入室内。上悬窗开窗角度小于56°时,主要进风区域为近窗下侧水平区域;下悬窗开窗角度小于30°时,主要进风区域为窗体两侧及远窗下侧竖直区域,随着开窗角度增大,上、下悬窗主要进风区域均过渡到远窗下侧竖直区域。窗体用于日常通风时建议优选上悬窗。若要用于排烟,则应首选下悬窗,开窗角度15°即可满足阻风要求,若选用上悬窗,开窗角度不宜大于45°。     

树冠火对输油站热辐射影响的数值模拟研究

树冠火是森林火灾的一种,在森林的树冠层燃烧和蔓延,主要由地表火在强风作用下引起.树冠火很少发生,约占森林火灾的5％,但其燃烧温度高、热释放速率大、蔓延速度快,对周围物体的破坏性极大.处在森林地区的输油站面临着树冠火带来的潜在风险.火灾产生的热辐射极有可能导致输油站内人员伤亡,设备遭到破坏.通过确定树冠火热释放速率、火灾发生位置及环境参数来设计火灾场景,采用火灾动力学场模拟软件FDS,模拟分析树冠火对输油站的热辐射影响.结果表明,由于无法采用地面扑救,防火隔离带是应对树冠火威胁的有效措施;当防火隔离带达到一定间距时,有风条件下与无风条件相比目标物体不会接收到更多的热辐射;防火隔离带设置为坡面形式,可以增加其表面积,从而吸收更多的热辐射.     

通风对综合管廊内电缆燃烧及火蔓延过程影响的数值模拟研究

综合管廊内电缆的火灾燃烧特性一直被国内外学者所关注,然而目前关于通风对电缆燃烧及火蔓延过程影响的研究相对较少。在通风系统的作用下,电缆内部及外部温度分布、热解气体浓度与无通风情况相比有很大的差异,电缆的燃烧及火蔓延过程将会更为复杂。为了研究通风作用下综合管廊内单根电缆的燃烧过程,采用FDS对15 kV交联聚乙烯绝缘铜芯电缆的火蔓延过程开展了数值模拟。通过分析不同风速条件下的电缆火焰形态、各层材料温度、火蔓延长度和热释放速率(HRR)曲线,详细研究了通风速度对综合管廊内单根电缆燃烧及火蔓延过程的影响。结果表明当通风速度不超过2 m/s时,通风能够促进电缆燃烧,电缆表面存在气相火焰,其火蔓延长度、热释放速率峰值等不断增加,此时综合管廊内火灾危险性不断增大;当风速大于等于3 m/s时,通风抑制了电缆燃烧,电缆的火蔓延长度、热释放速率峰值随之迅速降低,电缆PVC层、XLPE层温升的原因是线芯对绝缘材料的热传导,电缆的火灾危险性也随之减小。     

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。     

防火树种阻火特性的实验研究

以木荷作为防火树种 ,首先利用热重装置分别研究了其树干和枝叶的热解失重过程 ,从得到的热重曲线TG、DTG中发现 ,伴随着温度的升高 ,试样发生了三次失重高峰 ,并且 5 0 0℃时的残留物不及其初始重量的 10 %。然后在燃料床上以松针为燃料 ,分别模拟了 2 0°和 30°等小坡度情况下地表火的蔓延过程 ,通过分析热电偶记录下来的温度场分布 ,研究了火蔓延过程中防火树种在火焰和坡度作用下的阻火特性和阻火机理 ,结合其热解特性的研究 ,论证了水分析出是防火树种发挥阻火性能的关键因素 ,得到一些对生物防火技术研究有用的结论 ,为更好的利用和发展生物防火技术来预防和控制大规模森林火灾提供了理论基础。     

火灾时期矿山通风巷道“特征环”与“关键环”的分布特征研究

为研究火灾时期矿山通风巷道风流的流动特性,基于水平巷道及火灾的物理数学模型,采用数值分析方法,研究分析火灾时期巷道内紊流充分发展截面上“特征环”与“关键环”的分布规律。结果表明:同一火灾强度和同一通风风速下,通风巷道内风速“特征环”分布特征分别存在临界风速值和临界火灾强度值;矿井火灾时期,通风风速与火灾强度均是影响巷道内风速“特征环”分布的关键因素;当巷道内通风风速大于或等于5 m/s时,火灾下风流平均风速点的位置可由正常通风时期的“关键环”特征方程进行计算。     

广西苍梧马尾松林和大叶栎林的火行为比较

马尾松(Pinus massoniana)是中国南方大面积造林的树种,也是抗火能力最弱的树种。研究了广西苍梧11龄马尾松用材林和4龄大叶栎萌芽林在正常冬季和干旱夏季情景下的火行为,用behaveplus计算了火线强度、蔓延速度、树冠火可能性等参数。结果表明,两种林分在干旱夏季的火行为高于在正常冬季的火行为。无论是在正常冬季还是在干旱夏季,都没有出现马尾松可燃物模型的火行为一致高于大叶栎可燃物模型的情况;天气、地形、可燃物床结构对可燃物含水率有很大影响,而含水率是火行为的决定因素。虽然大叶栎被划分为难燃树种,大叶栎萌芽林的火行为高于成年大叶栎乔木林,苍梧大叶栎萌芽林在极端干旱的夏季情景有被火把点燃的可能性。如果将大叶栎萌芽林作为防火林带使用,需要经常清除林下枯枝落叶,割除黑莎草,减少细小可燃物。     

不同通风条件下柴油池火的实验研究

为了分析不同通风条件对柴油池火燃烧特性及引燃特性的影响,进行205 mm带水垫层柴油池火的引燃实验,通过对池火燃料的质量损失速率、火焰高度、温度及热辐射等的监测,分析通风环境中柴油池火的热传递规律。结果表明:当风速为0.5 m/s时,火灾进入旺盛阶段的时间提前,火焰平均温度最高;当风速为1 m/s时,风速的增加导致油池火的质量损失速率增加,位于主火源下风向的待引燃火源获得的热辐射通量增大,火灾旺盛阶段火焰的平均温度降低,火焰高度降低,下风向相邻油盘引燃的时间提前;1 m/s情况下,205 mm带水垫层柴油池火的安全间距需增加到1D以上;通风环境对池火发展及蔓延的影响是显著的,应适当加大下风向可燃物的安全间距,合理选择通风排烟风速,优化火灾应急救援策略。     

特长公路隧道全射流火灾通风网络解算研究*

为探究特长公路隧道全射流火灾在通风条件下隧道内风流分布及影响规律,基于斯考德-恒斯雷近似算法构建通风网络解算模型,并通过隧道现场风机效率测试和通风测试,验证通风网络解算模型的可靠性;引入火区阻力和火风压公式,建立全射流火灾通风网络计算模型。结果表明:铜锣山隧道射流风机正向运转效率为0.83~0.93,平均效率为0.882,风机反向运转效率为0.65~0.68,平均效率为0.665;现场通风测试结果与通风网络计算结果误差在15%以内;火灾通风阻力对隧道各支路的影响程度不同,其中,对事故隧道支路的影响最大,横通道支路次之,对非事故隧道支路的影响最小;隧道坡率对烟气分配的影响主要为火风压引起,上坡隧道时,火风压起动力作用,火灾支路风量与坡度成正相关,下坡隧道时,火风压起阻力作用,火灾支路风量与坡率成负相关。     

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。     

架空天然气管道泄漏事故后果数值模拟研究

针对架空天然气管道泄漏引起的火灾爆炸问题,采用事件树分析泄漏扩散引起的事故后果,并在数值模拟中着重分析了模拟数学模型的选择。在三种不同泄漏孔径、两种不同风速、两种不同运行压力条件下分别应用ALHOA软件对事故后果进行数值模拟,结果表明:泄漏孔径、运行压力与危害影响范围成正比关系;在闪火和蒸气云爆炸中,风速与危害影响范围成反比关系,而风速对射流火灾的热辐射范围基本没有影响。     

煤层露头自燃火灾演化规律数值模拟研究

为解决煤层露头自燃所引起的资源浪费和环境污染,以新疆台勒维丘克煤层露头为研究对象,采用数值模拟方法研究煤层露头在火风压、火风压及外部风压作用下的自燃演化规律,为治理火区和保护环境提供依据。研究表明:火风压作用下,风流最大流动速度0.729 m/s,火风压最大达到170.2 Pa;火风压与外部风压联合作用下,煤层露头动力系统是负压通风系统,在漏风速度为0.2 m/s时,研究5个典型位置的温度、氧浓度、速度及压力的变化规律;并分析孔隙率、漏风速度对煤层露头自燃火灾的影响,说明大孔隙和漏风供氧为火灾大规模发展提供有利条件。研究成果对治理火区及保护生态环境奠定坚实基础。     

基于FDS的风速对矿井火灾蔓延规律的影响研究*

为研究不同风速与火源功率共同作用下矿井火灾蔓延规律的变化,以安源煤矿378工作面为研究对象,建立FDS矿井巷道火灾全尺寸模型,设置火源功率分别为3,6 MW,风速分别为0.25,1.25,2.25,3.25 m/s的8种工况。研究结果表明:相同风速下,巷道内温度及相同位置CO浓度值随火源功率增大而升高,巷道内能见度随火源功率增大而降低,且火源功率越大,能见度降到零的火灾区域越大;相同火源功率下,巷道内温度及相同位置CO浓度值随着风速增加而升高,能见度随风速增加而降低;火灾蔓延速率与风速成正比,风速的增大加速下风向火灾的发展,但会减缓上风向火势的蔓延。