煤矿井下隐蔽火源反演研究

煤矿井下由于煤炭自燃引发的火灾是煤矿生产过程中一大突出灾害,一旦发生火灾将严重影响煤矿的正常生产,这不仅威胁着井下人员的生命安全,还会给国家带来巨大的经济损失。由于矿井下隐蔽火源是引发火灾的重大因素之一,所以要更好的解决煤炭自燃而引发火灾的问题,重中之重就是对煤炭自燃隐蔽火源位置的确定。只有准确的确定了火源的位置,才能有的放矢地进行灭火。本文结合煤矿井下煤炭自燃发火的特点,建立数学模型,把煤矿井下隐蔽火源位置确定问题归纳为热传导方程的寻源反问题,利用离散正则化方法求解热传导方程,克服了反演问题的不适定性,并应用matlab进行了反演数值模拟,验证了利用离散正则化反演方法的实用性,为防火、灭火采取措施提供了依据,在理论上也具有一定的研究与应用价值。     

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。     

矿井下着火点位置数值模拟研究

矿井煤炭自燃是煤矿五大自然灾害之一,而煤炭自燃隐蔽着火点位置的确定是解决煤炭自燃问题的关键。本文结合实际情况将火源位置的确定问题归结为热传导方程的寻源反问题。在理想状态下,把煤矿井下热传导的三维模型简化为二维模型,建立热传导方程及初始条件和边界条件,在matlab中编制了有限差分程序对井下着火点的温度场进行了正反演模拟。数值模拟结果表明:该方法能够较准确地反演出火源的特性,并随着离散化程度的提高,离散解逐渐逼近真实解。通过本文的数值模拟我们得知有限差分法求解热传导寻源反演的方法是解决矿井隐蔽火源发火点位置的有效途径之一,对矿井防、灭火研究具有较高的理论和实际应用价值。     

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。     

中智地下车库火灾烟气流动规律数值模拟分

随着我国城市化进程的快速发展,地下建筑得到了充分的开发和应用。但是,由于这些地下建筑物具有封闭性强,自然通风条件较差,人流密集度高等特点,一旦发生火灾极易造成群死群伤重特大恶性事故。运用火灾动力学、烟气控制理论和有限元方法,对淮南中智大型地下车库不同条件下火灾烟气流动规律进行了数值模拟研究。结果表明:建筑喷淋系统对火灾抑制效果明显,但对火灾烟气控制会产生较为不利影响,有时会造成疏散出口处能见度下降20%~30%,且在一些半封闭区域内形成烟气集聚,不易被排出,从而对火灾遇险人员安全疏散产生不利影响。     

水喷淋对仓库火蔓延及烟气输运影响的数值模拟

以某仓库作为工程背景,采用多维数值模拟研究水喷淋对火灾火蔓延及烟气输运的作用和影响。分别对该仓库在无水喷淋、水喷淋及时启动以及水喷淋延时动作的三种情况进行了较为详细的计算。模拟结果表明,无水喷雾时,该仓库的火蔓延速度逐步加快,热烟气层从顶棚附近逐步下降到地面附近;水喷雾及时启动时,火蔓延被有效抑制,热烟气层仅停留在顶棚附近;水喷淋延时动作时,火已经蔓延到较大区域,货物处于高温区,热烟气层下降到地面附近,虽然火被水喷淋系统扑灭,但货物已受到高温和烟气的危害。模拟结果为同类型仓库设计水喷淋系统的必要性提供了科学依据,同时也论证了确保水喷淋系统完整好用的重要性。     

基于数值模拟的迷你仓消防设计研究

为了优化迷你仓消防设计,确定最优机械排烟量及储柜布置方案,在充分实地调研基础上,总结迷你仓的特点及消防隐患,并运用火灾动力学软件FDS对迷你仓不同的火灾工况进行数值模拟,对能见度、烟气层高度以及温度等参数进行分析,不同机械排烟方案及储柜间距的计算结果显示:迷你仓内部蓄烟能力差,烟气沉降速度较快;常规排烟量烟气控制效果差,排烟量为120 m3/（h·m2）的排烟方案的烟气控制效果明显;当2排储柜之间的距离大于1.5 m时,可有效降低火灾的快速蔓延。     

高校图书馆消防安全疏散数值分析

以国内某高校图书馆为实例,利用FDS和Pathfinder对该图书馆进行火灾及人员疏散全尺寸模拟。研究图书馆发生火灾时烟气扩散、温度分布及能见度对人员逃生的影响。主要方法为通过火灾模拟软件FDS模拟分析发生火灾时的可用安全疏散时间(ASET),并使用疏散模拟软件PathFinder计算所需安全疏散时间(RSET),进而判断图书馆目前管理状况是否满足火灾时的人员安全疏散需要。结论表明:该图书馆目前管理状况不能满足火灾条件下人员逃生的需要,而影响人员安全疏散的主要因素为烟气的扩散。在研究结果的基础上提出改进建议,为图书馆日后的管理及灭火救援提供理论依据。     

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.     

喷淋对宿舍火灾特性影响的数值模拟

高等院校学生宿舍人员密集、火灾荷载大,是消防安全管理的重点单位。利用FDS对典型学生宿舍火灾进行全尺寸模拟,设置有无水喷淋装置两种火灾场景。对比分析模拟结果,得出水喷淋作用前后监测点烟气温度、CO体积分数和能见度等火灾特性参数的变化规律。研究表明,喷淋作用后能有效地抑制烟气温度的升高,并能把烟气控制在顶棚附近,降低其向非火灾区域蔓延的速度,最后针对学生宿舍特点提出了有效的防火设计方案,为学校的消防管理决策提供有力依据。     

火灾数值模拟技术在核电厂防火设计中的应用研究

火灾数值模拟技术作为新兴的火灾分析手段,近年来得到越来越广泛的应用.旨在分析我国主要在役、在建各类型核电厂所使用的火灾分析技术,从技术成熟度、知识产权情况、研发关键技术等角度,全面分析火灾数值模拟技术在我国核电厂推广应用的可行性和亟待解决的问题,并探讨形成自主化的分析评价方法的思路和方向.     

黄磷储罐火灾临界安全距离理论分析与数值模拟

基于建筑防火隔离带的设计理念,研究了黄磷储罐临界安全距离的计算方法,将黄磷储罐火灾简化为罐内池火模型,通过理论计算和数值模拟黄磷储罐火灾周边热辐射分布,根据目标可燃物接受到的临界辐射通量是否大于或等于10 kW/m2来确定临界安全距离。研究表明：临界安全距离可通过火焰对目标可燃物接受到的临界辐射通量求得,且理论计算和数值模拟计算获得的临界安全距离基本一致。对于黄磷储罐火灾的防治具有一定的参考价值。     

Dynamic simulation of hazard analysis of radiations from LNG pool fire

Because of its highly flammable nature, any accidental release of liquefied natural gas (LNG) could possibly pose significant fire hazard. In this study, a computational fluid dynamics (CFD) model was used to analyze this hazard around an existing LNG station. By assuming an LNG pool fire occurring in an impoundment area, dynamic simulations of flame development have been carried out. In order to provide more reliable simulation results, a study was first conducted to determine the mesh independence and suitable time step. The results of CFD simulations were also compared with those using the commonly-used phenomenological model. The simulation results showed that LNG tanks in the neighbor dike area could withstand the received radiant heat flux, and the areas involving human activities, such as security office and public area, were also secure enough for people to escape from the hazards. LNG vaporizers, which are often located close to tank area, could possibly receive relatively higher radiant heat flux. High temperature achieved on vaporizers could cause material failure. CFD calculations have also indicated that increasing the spacing distance or using flowing water curtain could reduce this temperature. It is concluded that CFD method is significantly more effective to account for LNG hazard analysis and provide realistic results for complicated scenarios, thus providing meaningful information for safety consideration.     

基于数值模拟的外墙保温体系防火问题研究

针对国内现有的外墙外保温系统的防火性较差的现状,通过分析上海公寓楼外墙保温层的火灾,得到外墙外保温防火的三种重要因素（粘结或固定方式、防火隔离带的构造、防火保护面层）。鉴于现在流行的保温材料为膨胀聚苯板（EPS）,因而选用EPS作为模拟材料,利用数值模拟计算得出以下结论：认为火灾时有空腔的保温层比无空腔的保温层更危险;设置防火隔离带能有效得阻隔火灾的蔓延,较宽的隔离带效果更好。除此之外,外保温层防火设计中还应考虑以下三方面的问题,即遴选适当的保温材料、建议保温层也使用类似于防火分区的防火措施和保证保温效果的同时增加防火隔离带的宽度。研究结论和建议对于解决外墙保温体系防火问题具有重要的参考价值和现实意义。     

煤矿火区快速封闭泄爆门研究

目前煤矿发生火灾事故后,火区封闭时间过长极易引发瓦斯爆炸等次生灾害,且煤矿现有的阻隔爆技术存在许多 不足,针对这些问题,研发一种用于煤矿火区的快速封闭泄爆门。通过对泄爆门的结构设计、封闭与泄爆机制及有益效 果等方面进行阐述,并采用流体力学FLUENT软件计算得出不同数量泄爆窗的泄爆门与监控泄爆门前截面的压力、速度之 间的变化情况。结果表明:6个泄爆窗比2个泄爆窗的封闭时间快1 200 ms,快速封闭时间节省了68.57%。随着泄爆窗的 增多,瓦斯爆炸冲击波压力和传播速度都大幅度降低。当煤矿发生火灾事故封闭火区时,快速封闭泄爆门不仅具有快速 密闭功能,也同时具有泄爆功能,为煤矿安全提供新的隔爆技术。     

某宾馆火灾烟气扩散及疏散模拟研究

利用计算机模拟技术,对宾馆火灾烟气扩散和人员疏散过程进行了计算模拟.首先基于客房的火灾可燃物分析,设定了火灾增长功率曲线.利用大涡火灾模型,计算了火灾发生后,起火房间、疏散通道及疏散出口内的影响人员疏散的温度、有毒气体浓度以及能见度发展趋势,给出火灾条件下可用安全疏散时间.通过精细网格人员疏散模拟,分析了人员所需安全疏散时间及安全疏散行为方式,研究表明人员可以安全疏散.该方法可作为宾馆火灾安全分析参考.     

A framework for human error risk analysis of coal mine emergency evacuation in China

Evacuation from underground coal mine in emergency as soon as possible makes the difference between life and death. Human factors have an important impact on a successful evacuation, but literature review shows that there is a lack of consideration of human error risk during coal mine emergency evacuation in China. To address the above problems, in this paper, we established a framework for human error risk analysis of coal mine emergency evacuation, consisting of scenario and task analysis, risk assessment and risk reduction. A general evacuation procedure which is applicable for different causes is detailed through the scenario and task analysis. A new method based on expert judgment, named OGI-Model, is proposed to evaluate the reliability of human safety barrier. In this new approach, human safety barrier is divided into three sub-barriers, i.e., organization safety sub-barrier (OSSB), group safety sub-barrier (GSSB), and individual safety sub-barrier (ISSB). Each sub-barrier consists of a series of concrete measures against specific evacuation actions. An example is provided in this paper to demonstrate the use of this framework and its effectiveness.     

大型超市火灾情况下人员疏散模拟分析

针对大型商场在火灾情况下,人员是否能够及时逃生的问题,采用计算流体动力学软件FDS和大型疏散模拟软件building EXODUS对徐州某大型超市进行火灾时人员疏散的模拟。在火灾场景下,由于烟气对于人员顺利逃生有着重要的影响,运用FDS软件模拟得到着火层四周出口处烟气的下降速度,烟气浓度以及能见度的变化情况,从而给出人员安全疏散的最佳时间,再应用building EXODUS模拟当超市人流量最大时人员的疏散情况,得出该大型超市内人员逃生所需的时间,两种模拟所得时间进行对比分析,可得到人员是否能安全疏散的结论。     

高层住宅建筑火灾人员疏散仿真研究

基于高层建筑火灾的严重危害,本文在具体分析阐述我国目前高层住宅建筑的户型设计现状后,以长沙市某高层塔式住宅建筑为研究对象,利用人员疏散软件Building EXODUS(V4.06版)和烟气模拟软件CFAST对发生火灾后建筑物的人员疏散和烟气流动情况仿真模拟。研究表明,逃生楼梯的设计位置对高层塔式住宅的人员疏散效率影响较大;在发生紧急情况后,事前是否进行过疏散演习和事中的人工干预引导疏散对保障高层住宅建筑火灾居民的生命安全尤为重要;高层住宅建筑火灾,起火楼层越底,伤亡越大。     

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。