基于CFD的公路隧道火灾烟气分布规律研究

采用CFD数值模拟方法,建立隧道火灾模型,研究不同纵向通风风速和火源功率对隧道内火灾临界风速和烟气分布的影响。结果表明：烟流滚退距离受火源功率和通风风速影响,5、30、50 MW火源功率的临界风速分别为2.0、2.2、2.2 m/s;同一火源功率下,拱顶最高温度随着通风风速的增大,呈现出指数函数的下降趋势;同一通风风速下,拱顶最高温度随着火源功率的增大呈现正向线性关系,并且随着通风风速的增大,拱顶最高温度随功率增大的速度逐渐降低;不同火源功率及不同通风风速下,火源上风侧CO浓度均低于安全浓度（体积分数0.002 4%）,火源下风侧远高于安全浓度。故若隧道发生火灾,应启动排烟风机并使隧道内的风速高于2.0 m/s,且在火源上风侧开展救援及逃生。     

风门对矿井火灾烟气流动特性影响的数值模拟研究*

为研究巷道内风门开启程度对矿井火灾烟气流动特性的影响,使用火灾动力学模拟软件FDS模拟0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0 m/s 6种通风风速,以及风门开启1/4,1/2,3/4和全开启4种情况对巷道火灾烟气流动特征参数温度和能见度的影响。结果表明:风速0.5,1.0 m/s 时,风门开启1/4最有利于人员逃生;风速1.5 m/s时,风门开启1/2最有利于人员逃生;风速高于1.5 m/s时,风门关闭影响巷道内风流流动,因此不宜关闭风门;在风门全开启时,随着风速增大,火源上风侧的温度降低、井下能见度升高,烟气的逆退距离缩短,当风速2.5 m/s时各监测点温度最稳定。     

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。     

细水雾抑制隧道甲醇火灾的全尺寸实验研究

针对难以迅速扑灭的隧道甲醇火灾场景,在截面积9.14 m~2,长38 m的全尺寸隧道内开展了一系列实验,研究了不同通风条件下多喷头细水雾系统对隧道甲醇火灾的抑制作用。通过分析火源周围温度分布、火源下风向隧道温度分布及隧道能见度等参数,综合评估了通风条件下细水雾系统抑制隧道火灾的效果。结果表明:纵向通风降低隧道温度的同时易引起人眼高度处温度升高;细水雾能迅速控制火灾发展并有效降低隧道温度,但细水雾雾滴的扩散与沉降易造成隧道能见度的下降。在本文条件下,风速为4.98 m/s的纵向通风和10 MPa压力下的6喷头细水雾系统共同作用能够有效降低火源周围温度和隧道温度,并显著提高隧道能见度。     

不同风速下胶带巷火灾温度场及灾变风流数值模拟研究

本文以中煤集团王家岭煤矿胶带巷为模型,运用火灾动态模拟软件(FDS),研究其上行通风方式下,胶带巷火灾的温度场及灾变风流流动规律。结果表明:随着时间的延长,各测点温度先快速升高,随后保持平稳,且距离火源位置较近的温度测点升温时间较早。此外,各烟气测点位置烟气浓度在短时间内均急剧升高,且随后保持平稳。随着风速的增大,巷道中的CO浓度及烟气蔓延范围逐渐减小,当风速超过1.5 m/s时,烟气逆流现象被抑制,风速高于2.5 m/s时,巷道中未出现烟气逆转现象,研究结果可为井下人员的逃生避灾提供理论指导。     

海拔效应对隧道火灾特性影响的研究

鉴于CFD在火灾模拟方面能够准确反映出火灾过程中烟气、温度、CO浓度等的分布特性,采用CFD对不同海拔条件下的隧道火灾进行模拟计算。计算结果表明,火源功率相同时,随着海拔的升高,上层烟气纵向蔓延速度以及下层新鲜空气向火源补充速度均增大。CO浓度以隧道中线为轴两侧对称分布,隧道中线上浓度最低;1.5m高度处,CO首先出现在隧道出口位置,随后向回蔓延;同一断面上层CO浓度大于下层CO浓度,海拔的升高导致CO生成量增多,高浓度区域范围变大。另外,随着海拔的升高,火源附近拱顶烟气温度增大;不同海拔条件下,拱顶烟气温度沿途均呈幂指数衰减,海拔越高,温降的速率越快。     

螺旋隧道火灾特性小尺寸实验研究

为探明螺旋隧道火灾特性,防止人员高温伤害,基于Froude准则,搭建比例1∶67的小尺寸螺旋隧道实验模型,采用模型实验方法研究不同坡度和不同风速下螺旋隧道火灾温度分布规律及烟气蔓延特性。研究结果表明:低坡度条件下,螺旋隧道内高温区以火源为中点呈对称分布状态;随着坡度的增加,隧道内高温区逐渐向下游延伸,火源处拱顶下方温度呈现先增大后降低再升高的变化规律;无论是自然风还是机械纵向通风,新鲜冷空气的吹入对隧道温度的降低起到主导作用,且风速越大,温降幅度越大;随着隧道坡度和自然风速的增加,火羽流由竖直狭长型转变为燃烧不稳定的大截面火焰,同时坡度增加抑制了火灾烟气逆流,促进了烟气向火源下游的蔓延速度,大大提高了排烟的有效性,减少人员伤害。     

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。     

双火源对隧道火灾临界风速影响的数值研究

为研究双火源隧道火灾所需临界风速的变化规律,利用火灾动力学软件FDS模拟了三种双火源隧道火灾,即两等火源功率的火灾、上风流火源功率较大火灾、上风流火源功率较小火灾。根据各火灾情景下所得临界风速u_(cr),分析两火源距离d、火源功率、上下风流位置关系对临界风速u_(cr)的影响规律。结果表明:随着两火源距离d的增加,所需临界风速u_(cr)逐渐减小,当两者达到临界距离d_x时,临界风速u_(cr)为稳定值,该值由两火源上下风流位置关系和总火源功率共同决定;同种双火源火灾随着总火源功率增大,所需的临界风速u_(cr)增大;随着两火源间距离d增大,各双火源火灾所需临界风速u_(cr)的减小幅度不同;两火源距离d为零时,所需临界风速u_(cr)略大于同火源功率的单火源火灾所需的临界风速。     

风速对高层建筑火灾时环境中烟气分布的影响

为了探究风速对高层建筑火灾时环境中温度、烟气浓度、CO浓度分布状态的影响,以央视北配楼火灾为模型背景,应用火灾动力学软件FDS,对火灾进行模拟与分析。通过讨论不同风速下火源温度中心、烟气浓度中心、CO浓度中心离着火面距离与高度之间的关系,得到风速一定时各中心的位置与高度之间的变化规律,以及该变化规律与风速之间的关系,风速小于3m/s时各中心位置随风速变化较明显;风速越大,温度、烟气浓度、CO浓度越高,当风速小于2m/s时各值增量随风速增加明显;与其他因素相比,温度对防火间距的影响最大。     

不同隧道坡度与车厢火灾位置情况下烟气蔓延特性研究*

为研究含坡度隧道不同火源位置情况下车厢火灾烟气蔓延特性,采用CFD数值模拟方法,建立全尺寸地铁隧道与列车数值模型,研究车厢不同火源位置情况下火灾烟气纵向温度分布规律,探讨倾斜隧道车厢火源位置对烟气蔓延的影响。研究结果表明:当火灾烟气蔓延处于纵向通风惯性力与热浮力竞争作用控制阶段时,火源位于车厢上游方向时火灾烟气向车厢方向蔓延距离小于火源位于车厢下游方向情况,且随坡度增大,火源位于车厢上游方向烟气逆流长度不断减小,位于下游方向烟气逆流长度不断增大;当纵向通风风速达到2 m/s时,火源位于车厢上下游方向2种情况下,列车车厢方向均无烟气蔓延（逆流长度为0）,此时火灾烟气蔓延将主要由纵向通风控制,隧道坡度无显著影响。     

考虑不同场景的砖木结构古建筑火灾特征研究

为探明砖木结构古建筑火场下的特征,定量分析不同火灾场景下,建筑内部温度、烟气浓度等参数的变化。选取中国北方典型的砖木结构体系的四合院韩城党家村贾祖祠为研究对象,采用PyroSim建模分析,研究不同火灾场景下不同时间点的温度、CO浓度、能见度等变化。研究结果表明:贾祖祠主厢房较封闭,火灾中火源周围温度峰值可达750 ℃,CO质量浓度达到0.003 kg/m3,能见度几乎为0 m,风速最高为10 m/s且极不稳定;四合院中主厢房空间布局高,火灾中这些参数的影响会导致严重的轰燃现象发生,故此处发生火灾更易产生严重危害。对不同场景的砖木结构古建筑重要火灾因素发展规律的研究,能为古建筑的性能化防火提供科学参考依据。     

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...     

横通道通风对隧道火灾烟气蔓延影响的数值模拟研究

为探究隧道横通道通风对隧道火灾烟气蔓延的影响规律,使用火灾动力学模拟软件FDS,对不同火源位置的横通道临界风速、主隧道温度分布以及烟气层高度进行研究。研究结果表明：在一定火源功率范围内,隧道横通道临界风速与火源功率的1/3次方成正比且火源距横通道越远,临界风速越小;当火源位于交叉口,横通道使用临界风速通风时,隧道内烟气温度明显降低,烟气迅速沉降到2 m以下;当火源距离交叉口10,20 m,横通道通风会加快火源下游烟气沉降,烟气沉降速度随横通道通风速率的增大而增大;当火源位于交叉口时,烟气沉降由横通道通风对烟气的降温作用和涡旋作用共同主导,当火源位于距离交叉口10,20 m时,烟气沉降主要由涡旋作用主导。     

隧道与横通道交叉角对火灾烟气蔓延影响机制研究

为探索隧道与横通道交叉角对火灾烟气蔓延的影响机制,采用FDS数值模拟,研究横通道与隧道不同交叉角情况下火灾烟气温度、浓度、烟气层高度等的变化规律,建立开启火源下风向横通道时隧道内烟气最高温度修正公式,提出烟气纵向蔓延恢复长度的概念,并探讨其影响规律。 结果表明:隧道和横通道交叉角越小,隧道内同一位置烟气层高度越高,当交叉角由90°降低到30°时,烟气层高度最大增加32%;烟气纵向蔓延恢复长度与交叉角及通风速率呈正相关,而与火源功率几乎无关。研究结果对隧道通风排烟系统设计及相关标准的制定具有参考意义。     

盾构铁路隧道坡度对火灾烟气蔓延的影响研究*

为研究坡度隧道内列车阻滞后的火灾烟气蔓延行为，利用火灾动力学模拟软件（FDS）建立盾构铁路隧道火灾模型和CRH6高速列车阻滞模型，隧道坡度分别为0%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%和4.0%，通过分析隧道内烟气、温度、能见度等特征参数的变化规律，研究坡度隧道内高温烟气的受力情况，探讨坡度变化对火灾烟气蔓延的作用机理。结果表明，坡度隧道内发生火灾，随着烟气的蔓延，隧道内形成沿坡度方向的烟囱效应力，使得烟气在火源两侧呈不对称分布。火源下游区域的高温烟气在火风压和烟囱效应的协同作用下蔓延速度比上游更快，下游烟气层分界中性面与隧道轴线平行，上游烟气层分界中性面呈现水平状态。有坡度的铁路隧道内发生火灾，建议向火源下游方向施加纵向机械通风，人员向火源的上游方向疏散逃生更安全。     

胶带运输巷水幕抑制火灾烟气效率影响因素实验研究

针对胶带运输巷火灾时期有毒烟气蔓延严重威胁工作人员的生命安全问题,提出利用水幕阻烟法抑制火灾烟气传播,搭建小尺寸实验台研究水幕对矿井巷道火灾烟气的阻挡效果。通过分析火灾烟气的运移规律,测量温度分布、非水溶性火灾烟气体积分数的变化,检验矿井运输巷内设置水幕阻烟的有效性。实验结果表明:水幕开启后,其下游空间烟气体积分数降低,能够有效阻止火灾烟气的扩散;水幕远离烟气源、增加水幕层数、水幕向上喷射、喷头压力增大均能够提高水幕的阻烟效果。实验为矿井巷道等地下建筑的防排烟设计提供了思路,对火灾的救援与人员的疏散具有重要意义。     

井下巷道-矿车系统风流扰动特征规律实验研究

针对井下巷道-矿车系统易造成巷道风流紊乱、影响矿井通风系统安全稳定性的问题,建立巷道-矿车系统风流扰动模式及影响因素体系,提出表征巷道-矿车系统的风流扰动特征的关键参数,包括巷道扰动风阻、阻塞比、矿车位置,推导矿车运行至巷道不同位置时巷道-矿车系统扰动风阻计算公式,研究巷道风速、阻塞比与巷道风阻的关系。研究结果表明：矿车在巷道中顺风行驶的速度大于风速时,巷道-矿车系统对通风系统进行增压调节;当矿车逆风行驶时,巷道-矿车系统的风阻随着矿井通风系统供风量的增大而减小,最大扰动为矿车驶出巷道时刻,阻塞比与巷道风阻呈现线性递增关系;此外,小风速、小断面巷道运行的矿车对巷道-矿车系统的风阻影响较大,模型求解结果与实测数据的最大误差为6.84%。研究结果可为矿井通风系统的智能化调控提供理论依据。