纵向通风对长大隧道火灾烟流控制分析

基于我国在长大隧道火灾安全体系研究方面的需要,采用CFD方法对长大隧道纵向式通风控制火灾烟流的问题进行了数值模拟计算,研究不同通风条件对烟流的控制效果,得出了在满足控制烟气回流的基础上排烟风速的提高与所取得的降温效果对比,以及风流经过火区后的蔓延增长变化,同时总结出烟流温度分布特征及对隧道结构不同部位的危害,可为隧道的防火与通风方案的制定,以及灾后检测评定工作提供相关的理论依据和参考。     

地铁多线换乘车站火灾模型实验研究-(3)平行换乘车站火灾*

为探究平行换乘车站火灾烟气扩散特性及排烟优化模式,利用1∶10地铁换乘车站模型,在公共站厅、站台、单洞单线隧道、单洞双线隧道中设计多种火灾场景,分析各区域内的顶棚温度分布情况。结果表明:公共站厅不同位置发生火灾时,各区域内的烟气蔓延特性和通风排烟效果不同;站台火灾时,打开屏蔽门能增大补风量,延缓火源上方的升温过程,降低站台内部温升,并且在联合站台及两侧隧道排烟时仅开启火源附近6个屏蔽门有利于提高排烟效率;单洞单线隧道火灾时烟气温度相对较高,单洞双线隧道火灾时,近火源区域内起火隧道和未起火隧道的烟气分布特性不同,烟气可通过打开的屏蔽门蔓延至临近站台,开启隧道排烟及站台送风后能有效减小温升幅度和烟气扩散范围。实验结果可为平行换乘车站中的火灾烟气通风控制方案提供数据支撑。     

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.     

高压电力电缆隧道火灾早期预警判据的实验研究

我国城市架空高压电力线路已逐渐下地进入电缆隧道,其中的火灾防控系统是保护整个电力输送安全与稳定的重要一环。搭建了高压电力电缆隧道火灾烟气模拟与测量实验平台,针对电缆受热着火燃烧的典型工况,研究了隧道两端不同开口状态下的顶棚各位置CO浓度、CO2浓度、烟颗粒浓度和温度的变化特征。结果表明,顶棚位置CO浓度和烟颗粒浓度可作为火灾早期预警的优选标志性参数,而CO2浓度和温度较不适合。设定CO浓度和烟颗粒浓度的预警阈值分别为10 ppm和0.05 dB/m,各顶棚位置均可实现报警,各工况下,不同顶棚位置报警时间呈以火源正上方探头为最早报警的V字形分布。此外,电缆隧道两端的开口状态对隧道内CO和烟颗粒运动产生一定影响,进而影响不同预警参数的响应灵敏度,即两端开口时,CO浓度预警模式更早响应,而两端关闭时,烟颗粒浓度预警模式更早响应。研究结果对高压电缆隧道火灾预警系统的设计具有指导作用,也可为未来高压电缆隧道的相关预警标准提供基础。     

Smoke control of a fire in a tunnel with vertical shaft

The aim of this research is to find the optimum smoke extraction rate through the ventilation shaft in case of a fire in a long road tunnel. Furthermore, it is also investigated whether the current emergency ventilation design practice using a vertical shaft can limit the smoke propagation from a fully loaded gasoline tank lorry fire. For this research, scaled model experiments were carried out using a 20 m- long model tunnel with a vertical shaft. A CFD modeling tool was also extensively utilized to investigate the extremely dangerous situation in which a fully loaded gasoline tank lorry is burning inside a long road tunnel.     

隧道火灾拱顶附近烟气最高温度的研究

为了研究顶部开口的城市隧道在采用自然通风模式下的火灾特性,在已建成的隧道中设计并实施了全尺寸火灾试验,得到了隧道火灾自然通风模式下的拱顶附近烟气最高温度纵向变化数据。通过实验数据与理论预测结果对比的方法验证了H.Kurioka等人建立的隧道火羽流模型及其计算公式的可靠性,为市政公路隧道建设提供了科学依据,为隧道火灾的研究及其消防工作提供理论指导和有益借鉴。     

隧道火灾的全尺寸试验研究

在3条公路隧道上进行了10次全尺寸试验,研究不通火灾条件和风速下烟气的运动情况。主要测量了各隧道1000m范围内的拱顶下方烟气温度、烟气层高度分布以及烟气前锋的运动情况等,并分析了纵向风速对火灾羽流形态、烟气前锋运动速度、隧道内线型缆式感温探测系统响应等的影响。此处所列的所有全尺寸试验数据可以进行进一步的分析,以便研究各种已知火灾模型在计算长隧道火灾时所得的结果是否有效。     

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。     

基于FDS的综合管廊电缆火灾烟气优化控制模式研究

为给火灾情景下管廊检修人员应急疏散和外部消防救援提供有益指导,采用火灾动力学软件对不同的通风系统（自然通风、机械负压通风和全面机械通风）与防火门、喷淋系统的不同开启状况等12种组合模式下的温度、能见度等参数变化进行分析,探究综合管廊火灾烟气优化控制模式。结果表明:进风系统、排烟系统、喷淋系统以及防火门合理的优化组合模式能够达到有效控制管廊火灾烟气的目的;火灾情景下,自然通风系统不能有效控制火灾烟气的发展,而机械负压通风和全面机械通风系统,如能及时启动喷淋以及关闭防火门,管廊内的烟气便可得到有效的控制。研究结果可为应急条件下人员疏散提供参考。     

城市地下道路合流分岔路段烟气控制策略的优化研究

采用数值模拟的方法,对火源位于合流分岔路段上游时不同的纵向通风烟气控制策略进行了模拟分析,得到最佳的通风控制策略及送风参数。研究结果表明:火灾发生时,若只有主隧道送风,当送风风速为临界风速时,尽管火源上游烟气得到了很好的控制,但下游仍会有部分烟气会流入匝道,影响匝道内的行车安全;若加大主隧道送风风速以消除匝道内的烟气,则所需风速过大,既不经济也不安全;如果采用主隧道和匝道联合送风的送风策略,主隧道以临界风速送风,则匝道以较小的送风风速即可得到较好的烟气控制效果。该通风策略应为最优的烟气控制策略。     

铁路隧道救援站火灾模拟实验平台设计及细水雾系统抑制车厢火灾的模拟实验研究

按照1：1尺度设计了实验平台,包括模拟隧道、模拟列车、排烟系统、火灾监控系统、火灾扑救系统以及火灾参数测量系统,是国内第一个专门对铁路隧道救援站的火灾安全性进行系统研究的全尺寸实验平台。实验平台可实现温度场、燃烧成分、火源热辐射等关键参数的测量;可研究不同工况条件下,火灾监控、火灾扑救技术和烟气控制技术的有效性,为发现火灾特征参数的演变规律和掌握有效的火灾控制技术提供了一整套解决方案,具有广阔的应用前景和重要的实际指导意义。本文建立并利用这样一个全尺寸实验平台进行了细水雾灭火系统抑制车厢火灾的模拟实验研究,获取温度、有毒有害气体浓度、热辐射等火场重要参数,发现细水雾灭火系统可有效的抑制车厢火灾,并验证了此实验平台用于铁路隧道内列车火灾实验研究的可行性和有效性。     

水幕排烟系统对烟气控制及排烟效率的影响研究

为探明水幕排烟系统对隧道内烟气控制和排烟效率的影响,通过火灾动力学求解器(FDS)研究不同排烟风量下隧道内烟气、温度和速度分布。结果表明:排烟量小于100 m3/s时,水幕无法有效地阻隔有毒烟气的蔓延;当火源热释放速率(HRR)为10、20及30 MW时,排烟量分别为100、160和180 m3/s,能将烟气限制在水幕排烟系统内;在水幕的作用下,水幕外的温度分布均满足人员逃生的需要(小于80℃),在水幕排烟系统中烟气控制要比温度控制更为重要;相同火源HRR下,排烟口的排烟效率随着排烟量先增大后减小;排烟口的吸穿效应在水幕排烟系统中很难出现,排烟口吸入位于隧道底部混有大量新鲜空气的烟气是造成排烟效率降低的主要原因。     

非稳定流巷道火灾试验系统的研制

介绍了巷道火灾试验系统的构成,测定燃烧区膨胀热阻时测点位置的确定方法,火灾时期烟气温度、壁温及岩体温度、烟流中CO2及O2体积分数、沿程压力和风速等的测试方法及测试仪表精度,系统抗干扰方法,数据采集和处理软件的功能以及测试系统的调试方法.系统采用无补偿导线经济地解决了巷道燃烧区测温热电偶冷端温度补偿的方法,使测温系统误差由过去的10%左右下降到3%.     

Study on accidental fire at a large-scale floating-roof gasoline storage tank

For an accident involving a large-scale internal floating-roof tank with 28.4 m diameter and filled with 4600 m³ gasoline, the actual behavior of the gasoline fire and the fire-fighting strategies that were applied to it were analyzed in terms of the heat release rate, burning rate, and regression rate. During the accident, the initial fire suppression strategy failed and the gasoline was moved to an external tank. A total of 2800 m³ gasoline was burned for 17 h with a resulting heat release rate of 1475 MW. The long duration of the fire burning was attributed to the burning surface of the gasoline, which was not covered with foam at the beginning of the fire using the active foam fire-extinguishing system due to damage to one of the foam chambers. The average regression rate of the gasoline was 0.16 m/h after 8 h of burning and 0.35 m/h when the fire was completely suppressed.     

细水雾灭火系统作用下特大断面公路隧道火灾特性数值模拟研究

细水雾灭火系统在公路隧道中的应用引发了较多关注,但是针对特大断面公路隧道的研究仍然不足。以2种大断面及4种特大断面公路隧道为研究对象,选取额定流量35 L/min、额定压力10 MPa的高压细水雾喷头,选择4种喷头布置形式,考虑火源功率、位置、遮挡物等影响因素,以隧道顶棚达到耐火极限的临界温度和相邻车辆被引燃的临界热辐射强度为判据,利用FDS模拟软件分析得到适用于隧道的细水雾喷头布置方案。结果表明对于特大断面隧道,细水雾单排顶喷布置不能有效抑制30 MW的大货车火灾,应采用增加顶喷或侧喷喷头的布置形式,从而保护隧道结构安全,防止相邻车辆被引燃。     

地下岛式地铁站台火灾时全封闭屏蔽门开启模式研究

为研究4种屏蔽门开启模式下地下岛式站台火灾时排烟效果,本文采用大涡模拟进行计算,研究的开启模式包括开启两侧共4个端门、开启两侧首尾活动门及中间活动门和开启一侧所有活动门、开启两侧所有活动门。着重研究站台危险高度和楼扶梯口处烟气温度、CO浓度、可见度以及顶棚烟气温度。研究发现火灾发展阶段开启两侧屏蔽门首尾及中间活动门的排烟效果最好,火灾稳定阶段开启一侧所有活动门排烟效率较高,开启两侧所有活动门虽然能够加大烟气流出开口,但是排烟效果最差。     

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。     

铁路特长隧道火灾应急救援问题研究

以长27.53km的向莆铁路戴云山隧道为研究对象,提出特长隧道的火灾防灾救援总原则,并从其结构、设计、安全管理等方面论述,重点针对火灾防灾救援隧道"定点"设置问题,从设置定点的必要性、定点位置、长度、定点的引导通道、引导通道与主洞的联络横通道、定点处的渡线设置等几方面进行研究,确定了戴云山特长隧道定点设置方案以及定点内的固定消防设施、通风排烟、紧急警报、诱导避难等设备设置,对促进完善我国铁路特长隧道的火灾防灾救援和安全疏散规划管理等具有重要的实践意义。     

特大断面公路隧道线型感温火灾探测系统适用性研究

随着我国公路交通量日益增多,大断面、特大断面公路隧道不断涌现,可靠、有效的隧道火灾探测越来越重要。选取了6种典型的隧道断面,综合考虑探测器类型、纵向风速、火源功率、火源位置等因素,运用火灾动力学模拟软件FDS分析了系列火灾场景下温度、烟气分布、探测器报警时间、报警位置偏移量等特性。研究结果表明: 隧道断面尺寸、纵向风速越大,感温探测器报警时间越长。通过对顶棚烟气温度的分析,发现特大断面隧道中线型感温探测系统采用差温报警较定温报警更有效。在使用差温报警时,纵向通风会使报警位置发生偏移,报警位置偏移量d与隧道纵向风速v、火源到隧道顶棚距离Hd满足线性关系式:d=6.404v+0.923Hd-6.762。随着隧道断面尺寸的增大,需要敷设更多的感温光纤以在规定时间(60 s)内探测到火灾。对于高度H≥12 m的隧道,即使增设多条感温光纤,也无法在60 s内有效报警,需补充设置基于火焰和烟气特征的非接触式火灾探测器。     

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。