地铁同站台高架换乘车站火灾全尺寸实验研究-(4)设备区火灾

为了研究地铁同站台高架换乘车站的设备区火灾,在某同站台高架换乘车站的设备区开展现场火灾实验,对设备区走廊顶棚烟气温度、烟气沉降作用和危险高度烟气温度变化情况进行分析。研究结果表明:设备区火灾烟气扩散过程受火源位置、外界自然风压、安全出口分布和开启情况的影响较大。安全出口均开启时,自然风下风向的烟气蓄积作用较为明显,顶棚烟气温度较高,火灾危险性较大;火灾过程中,设备区大部分走廊区域均能形成稳定的烟气分层,烟气层高度为2.4~2.8 m,自然通风条件下大部分区域烟气沉降最低高度在1.5 m以下,部分区域可降至地面高度,开启排烟风机后升高至1 m以上;设备区走廊区域起火时,在0.125 MW的火灾规模下,烟气扩散区域危险高度处的最高温度达到45℃;设备房间内起火时,在0.06 MW的火灾规模下,经过填充和沉降过程,扩散至走廊区域的烟气温度较低,危险高度处的烟气最高温度为32℃,火灾危险性较低。在含多个走廊和房间的设备区火灾防排烟设计中,应考虑起火位置和不同季节自然风对疏散路径火灾危险性的影响。     

基于FDS的居民楼火灾烟气远距离传播过程研究

利用大涡模拟软件FDS对某居民楼火灾发生发展和烟气传播过程进行数值模拟,探讨烟气质量浓度在侧间-走廊建筑的分布情况。在不同房间的目标位置设置探测点,分析烟气质量浓度、CO体积分数分布。结果表明,距离火源位置最远的房间烟气质量浓度、CO体积分数最高且在短时间内达到致死浓度;烟气更容易在最远的房间聚集,在特定的时间段内,始终比其他房间的危险性要高。对于此类居民楼建筑火灾中的人员安全而言,最远端房间的危险性最高,火灾时要着重注意此区域的疏散。此外,在走廊顶棚上间隔适当的距离设置了挡烟垂壁,并且模拟了该工况下烟气质量浓度分布。结果表明,加入挡烟垂壁后走廊的烟气蔓延相对均匀,各个房间烟气质量浓度更为接近,最大烟气质量浓度也有明显降低,从而延缓了整个建筑达到危险状态的时间。     

地铁同站台高架换乘车站火灾全尺寸实验研究—(2)站厅火灾

为了研究地铁同站台高架换乘车站火灾情况,在地铁同站台高架换乘车站站厅层应急疏散路径关键节点部位开展0.25~0.75 MW规模的全尺寸实验,结合流速、烟气温度和现场观测情况,对自然通风条件下不同部位起火时的火灾危险性进行分析。结果表明:该结构车站站厅火灾危险程度受火源规模、装修形式和通风条件的影响,站厅中部闸机附近起火时,火源阻塞了站厅中部的疏散路径,掺混大量空气的低温烟气在站厅两侧出站闸机处沉降至地面高度;楼扶梯入口处起火时,站内各区域能够形成稳定的烟气分层,人眼高度能见度较高;出入口附近起火时,受自然风的影响,火源下风向区域烟气沉降严重,人眼高度的能见度较低,不利于人员疏散;在实验火灾规模下站厅各区域沉降至危险高度的烟气最高温度为30~41℃。针对此类结构车站站厅的防排烟设计,应综合考虑出入口空间布局和吊顶形式对火灾危险性的影响,利用自然风压形成一定通风换气量,同时,应将掺混空气的低温烟气控制在较小区域内,确保人员疏散路径的能见度和烟气浓度处于安全水平。     

烟囱效应作用下火灾烟气蔓延规律模拟

为研究高层建筑火灾烟囱效应产生后的烟气蔓延规律，基于FDS火灾模拟软件，以某高层建筑为例，对比分析了4种不同横截面尺寸竖井烟气蔓延特性，引入竖井无量纲长径比判断烟囱效应明显与否，研究了烟囱效应的产生特征及其烟气蔓延规律，分析了建筑中性面之上楼层的温度、CO体积分数和能见度变化。结果表明：无量纲长径比在8左右时竖井内烟气流速发生突变，竖井内大部分区域烟气流速达到6 m/s,产生明显的烟囱效应；中性面以上的楼层受烟气危害远大于中性面以下，且烟气在中性面以上的水平蔓延速度随层高增加而不断加快；随着火势发展，中性面之上疏散走道温度均超过了安全疏散的临界温度60℃,距离火源越远的楼层CO体积分数达到临界值的速度越快。研究为高层建筑火灾的防排烟设计和人员疏散条件的确定提供了理论依据。     

基于数值模拟的公交车火灾发展过程及特性研究

采用数值模拟方法研究典型型号公交车的火灾发展过程,探讨车门打开对火情发展和人员逃生的影响.通过描述火源、公交车的结构及其内饰物的属性,研究车厢内关键位置的温度分布、能见度及CO和O2体积分数的变化规律,以揭示公交车的火灾发展、烟气运动过程及对人员安全逃生的影响.结果表明:车门打开后由于供氧充足,明显加速了火势的蔓延和烟气扩散,并使得燃烧温度显著提高;打开车门后20 s内,车门附近能见度和O2体积分数显著增高,CO体积分数有所降低,是乘客逃生的关键时间.     

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。     

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。     

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。     

地铁“T”形换乘车站通道火灾通风模式数值模拟研究

为研究地铁“T”形换乘车站通道火灾时站厅不同防烟分区通风系统联动模式的烟气控制效果,采用火灾动力学软件FDS构建了换乘通道内乘客行李火灾场景,对起火通道、两侧站厅通风系统和防火门不同联动模式下的顶棚烟气温度、人眼高度及危险高度的CO浓度和能见度进行计算模拟。结果表明:关闭起火通道防火门能够将烟气控制在局部区域,但会加快通道内CO浓度上升和能见度下降的速度;各防烟分区通风系统均执行排烟动作虽然会导致烟气向两侧站厅蔓延,但危险高度的能见度始终在安全逃生的最低限值以上;烟气扩散至补风防烟分区时,新鲜空气与烟气的掺混将加快烟气沉降速度,不利于人员疏散和应急救援。     

双开口室内火灾火源空间位置影响规律试验研究

为研究火源空间位置对双开口单室内火灾行为的影响,搭建缩尺寸试验平台开展了一系列单室内不同空间位置火源火灾试验.结果表明,火源空间位置对双开口单室内温度分布有一定影响,整个燃烧阶段可分为发展、稳定燃烧、衰减、熄灭4个阶段.与横纵方向相比,火源在竖直方向上的变化对温度分布影响更大.火源升高后,低温区随之增厚而过渡区和高温区相应减薄,同时带来了更高的顶棚温度和更长的火焰扩展长度.火源在同一高度横纵方向移动时,不同位置温度与火源相对距离相关,越接近火源其温度越高,火源位置靠近壁面时,还受火焰贴附效应影响.     

全尺寸船舶机舱火灾烟气填充研究

为研究机舱火灾烟气蔓延的特点,进行了全尺寸机舱火灾烟气填充试验,在试验舱室内设置4个不同尺寸的填充物,研究不规则截面舱室的烟气沉降规律,同时改变油池尺寸和抬升火源研究火源功率和火源高度对烟气温度分布和烟气层沉降的影响。结果表明:随火源功率增大,顶棚和侧墙的温度升高,烟气的沉降速率增大,当火源功率较小时顶棚温度较低,以温度为阈值的消防喷头失效;将火源抬升4 m时烟气温度及烟气沉降速率均升高,但烟气层稳定在8 m高度,舱室底部形成一个相对安全的空间。另外,基于Zukoski羽流模型和质量守恒,推导出不规则截面烟气沉降理论预测模型,与前人的模型对比,该理论模型预测值更接近实际观测值。     

喷淋和排烟系统对地铁站台火灾的影响研究

采用火灾动力学软件FDS对沈阳某二层岛式地铁站站台火灾场景进行模拟,分析站台不同位置发生火灾以及由喷淋和排烟系统组合成不同工况时,站台内不同高度处温度、CO浓度和热辐射的变化,为地铁站防火措施和人员疏散方案提供参考。结果表明:不同位置发生火灾时,站台内的火灾烟气运动规律不同,端部火灾的影响范围较中部火灾的小;站台顶棚处的温度比2 m高度处的高,CO浓度比2 m高度处的大;距火源5 m内,顶棚的热通量比2 m高度处的低,但距火源5 m外,顶棚的热通量比2 m高度处的高。开启喷淋或排烟系统都可降低站台温度,喷淋系统主要降低火源周围温度,排烟系统可有效降低CO浓度并改善能见度;喷淋和排烟系统还可以降低火灾发生时站台顶棚处的热通量。     

地铁同站台高架换乘车站火灾全尺寸实验研究—(3)站台火灾

为了研究地铁同站台高架换乘车站台火灾情况,通过在某同站台高架换乘车站的大空间站台层区域开展0.25~1 MW规模的现场火灾实验,对烟气温度、烟气层高度和烟气蔓延时间进行分析,并建立了该类型车站站台区域顶棚烟气分布和烟气扩散时间的经验模型。研究结果表明:站台不同高度顶棚下方烟气温度呈指数分布趋势,且温度衰减速率随火源功率的增加而降低;受火源位置、顶棚结构和自然排烟的影响,站台层不同部位的烟气层高度有所差异,起火站台的烟气层高度在火源附近较高,在纵向方向呈逐渐降低的趋势,未起火站台火源断面位置处的烟气层高度较低,在纵向方向呈逐渐升高的趋势,现场应急救援和客流疏散中应充分重视未起火站台的危险性,同时防排烟设计应尽可能提高站台顶部排烟口总面积以降低烟气在扩散过程中的质量流量;烟气蔓延时间受火源功率的影响较大,在纵向方向与扩散距离呈线性增长趋势,随着火源功率的增加,烟气扩散速度逐渐升高,在0.25,0.5和1 MW的火灾规模下烟气扩散速度分别为0.33~0.4,0.41~0.43和0.45~0.81 m/s。     

大空间设置上、下悬窗自然排烟效果对比研究

为研究大空间设置上、下悬窗自然排烟效果的差异,采用FDS软件针对某大空间在不同开窗形式、环境风下室内温度、能见度、CO浓度和烟气蔓延规律进行分析.结果 表明:无风时,上、下悬窗均能够有效排烟,但下悬窗总排烟量比上悬窗高出30％,开下悬窗时,室内温度安全区域的临界高度比上悬窗高出27％,能见度安全区域的临界高度比上悬窗高...     

老年公寓火灾场景人群疏散模拟

为优化我国老年公寓消防安全设计,减少火灾发生时的人员伤亡,建立火灾和疏散建筑信息模型(BIM),在火灾场景下进行疏散模拟,分析老年公寓建筑布局对火灾蔓延的影响,以及温度、能见度、CO体积分数和烟气层高度对老年群体疏散行为的影响。结果表明:在火灾发展过程中,层高为3. 3 m的着火楼层,在0. 5～1. 5 m高度内温差较大;着火房间内,烟气层会稳定在约1. 4 m高度处;走廊形式对火灾温度传播影响较大;烟气、高温等因素对着火楼层及以上楼层老年群体疏散不利,这些楼层的老年群体无法全部安全疏散;提高楼层垂直方向上的疏散效率可减少伤亡人数。老年公寓建筑布局方面,增加安全出口数量、设置坡道式疏散楼梯等方式,可提高疏散效率。     

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,高温烟气充满近火源巷道。火源下风侧顶棚烟气温度衰减服从双指数函数和分布特征;大坡度巷道火源下风侧纵向温度可以分成2个区域,当无量纲纵向距离x/H小于5时,随着巷道坡度的增大,烟气温度随距离增加而降低; x/H大于5时,坡度大于10°时,坡度越大,烟气温度越高;坡度在10°以内,坡度越大,温度越低。     

挡烟垂壁对长通道顶棚温度分布的影响研究

为提高长通道内部挡烟性能,揭示挡烟垂壁在长通道烟流控制中的作用,利用数值模拟方法研究挡烟垂壁与火源的距离分别为4.2、6、9、12 m,垂壁高度在0.3~0.9 m时顶棚附近烟气温度纵向分布;拟合模拟数据得出挡烟垂壁位置与高度综合影响下长通道挡烟垂壁下游温度纵向分布预测公式,并通过1∶5小尺寸通道火灾试验对预测公式进行验证。结果表明:挡烟垂壁对其上下游烟气温度分布的影响分别表现为减缓衰减与加速衰减2种效果;随着垂高的增加,垂壁上游温升值增大,下游温升值减小,且下游温度衰减速率与垂壁高度有线性关系;挡烟垂壁离火源越远,烟气温度纵向衰减越慢,高温危险区域越大;试验温度数据与公式预测值二者吻合较好,验证了数值模型的有效性。     

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。     

地铁长大区间隧道火灾风机启动方案数值模拟研究

为了研究地铁长大区间隧道火灾烟控模式,以国内某一在建地铁长大区间隧道为研究案例,选取不利起火位置,设置了7种风机启动方案,研究不同风机启动方案下,隧道内顶棚温度,疏散平台人员高度烟气温度、CO浓度、可见度的变化,获得不同风机启动方案情况下排烟效果。研究表明:当开启了火源附近足够数量的送风风机后,额外增加距离火源较远的送风风机并不会显著改善排烟效率;即使开启风机台数一致,开启火源所在区段两端的风机效果明显好于开启其他风机。     

隧道内偏置火源顶棚近壁面温度边界层效应研究

基于隧道火灾不同横向火源位置的非对称卷吸影响,通过模拟计算分析了中心火源和偏置火源产生的烟气沿纵向最大温升变化规律,研究了顶棚下方近壁面区域内的不同温度分布,提出偏置火源纵向空间最大顶棚温升公式。结果表明:在壁面黏性作用下,沿纵向蔓延的烟气最高温度在顶棚下方呈现“温度边界层”分布;随着火源位置的偏移,下游出现偏置距离起主导作用影响温度衰减的区域,衰减速度相较于中心火源逐渐降低;火源下游近壁面最高温度位置逐渐远离顶棚后趋于稳定。研究结果对于排烟方式的设计以及空间通风效果的提升有着重要意义。