通风条件对细水雾灭火效果影响的数值模拟研究

本文运用FDS进行细水雾灭火模拟试验,试验中监测X=1.5m截面处的温度值、室内氧气量等参数,其结果表明:不同的通风条件下,细水雾的灭火时间均在40s以内,施加细水雾后室内含氧量逐渐升高,通风因子越大细水雾系统启动时间越晚,灭火所需要的时间越长,相应的室内氧气量越低。     

复杂结构隧道火灾烟气逆流与温度分布的数值模拟

隧道结构对火灾具有一定的影响,为了得到大曲率、变坡度复杂结构隧道火灾的烟气特性,依托深圳市某长大公路隧道建设工程,建立隧道模型,利用Star-CD/CCM^+数值模拟软件的烟火向导模块,对不同通风速度下的重型货车火灾进行了模拟研究,分析了不同通风速度下隧道内的纵向温度分布规律。结果表明:火灾热释放速率为30 M W时,无通风条件下,火灾烟气的最高温度位于隧道顶棚下方20 cm处,火源正上方的温度最大达到1190℃,隧道坡度的存在使得火源上游烟气逐渐向下游扩散,下游烟气温度在300 s后保持在500℃以上,该高温会对隧道结构造成一定的损伤;控制烟气逆流的临界风速为4.0 m/s,大于由Wu&Baker经验公式得到的值.表明隧道曲率对流场运动有一定的抑制作用;在该临界风速的作用下,烟气向火源下游扩散,扩散速度为6 m/S,烟气的最高温度降低至550℃,且位置向火源下游偏移6 m。建议火源下游行驶车辆的疏散逃生速度大于6m/s。     

城市公路隧道火灾分段烟控方案研究

为研究多排烟井隧道内火灾场景下的烟控关键技术参数,以长沙市某城市公路隧道为背景,首先通过对该隧道内的火灾致灾原因及灾害特点等因素进行分析,确定该隧道内的车辆事故下的火灾热释放速率;其次利用基于火灾动力学理论的计算模型分析该隧道内车辆火灾事故,研究火灾事故下隧道内的烟雾分布规律及特性;最终基于各类通风方案下烟雾控制情况制定合理的烟雾控制方案。结果表明,城市隧道内30 MW的火灾场景下仅利用1个排烟井无法将烟气完全抑制在火灾至火灾下游1个排烟井范围内;利用火灾下游两个排烟井排烟时,烟雾能够得到较好地控制,第二个排烟井下游不受烟气的影响。     

受限空间火灾烟气运动的大涡模拟

研究通风不良时受限空间火灾的烟气运动.采用大涡模拟方法,得到受限空间内烟气温度、组分体积分数和速度等随时间的变化.计算得到的时均稳态时的时间平均烟气温度、平均速度、平均氧气体积分数、平均二氧化碳体积分数、平均氮气体积分数和平均水蒸气体积分数的分布与试验数据相符.通风不良条件下.受限空间内烟气平均温度较高,氧气体积分数较低,不存在新鲜空气层.研究为舰艇和仓库等场所的性能化防火设计提供了参考依据.     

煤自燃发火潜伏期不同温度下耗氧特性的研究

为了探究地层温度的升高对采空区自燃倾向性的影响,对处于自燃潜伏期的煤展开耗氧特性和CO释放特性的研究。通过对长平矿3#煤分别进行20~60℃的封闭耗氧实验,得到了自燃潜伏期不同温度下煤的氧浓度以及CO浓度随时间变化的曲线。对氧浓度变化曲线和CO浓度变化曲线进行拟合分析得到了不同温度下煤的氧气消耗和CO生成速度,同时得到了氧浓度衰减系数和CO浓度增长系数。封闭耗氧实验结果表明:从20~60℃氧气消耗速度逐渐增大并且氧浓度衰减系数呈指数增长,CO浓度增长系数也逐渐增大并且同样呈指数增长,煤的窒熄带氧浓度临界值从20~60℃逐渐由16.8%降低到12.4%。为探究不同温度下采空区煤的自燃发火危险性,将封闭耗氧实验结果的参数应用到采空区CFD数值模拟仿真中,模拟得到随着温度升高采空区窒熄带临界氧浓度位置由200 m增长到380 m。结果表明:常温下不易自燃的煤在较高的环境温度下表现出了较强的氧气消耗和CO释放能力,并且采空区自然氧化带随着温度的升高动态变宽,增大了采空区的自燃发火危险性。     

矿井火灾严重程度评价

频发的矿井火灾造成了重大的人员伤亡和财产损失。对矿井生产安全的风险评价是提高其本质安全程度、减少事故发生的重要手段。笔者通过对矿井火灾燃烧过程与烟流在井巷里流动过程的分析,建立了矿井火灾烟流最高温度、烟流氧气浓度以及污染区域井巷烟流温度的数学模型;给出了用矿井火灾烟流污染范围、烟流中氧气浓度、烟流温度组成的矿井火灾严重程度评价模型;建立了火灾严重程度评价模型的特征线解算方法;并对一个9个分支的矿井通风网络进行了评价计算。     

基于车辆停靠随机性的公路隧道火灾逃生概率研究

为研究公路隧道火灾时横洞口车辆停靠随机性对被困人员逃生概率的影响，基于马尔科夫链分析车辆跟随行为以确定横洞口车辆停靠概率，并通过数值模拟得到营尔岭隧道在不同火灾规模和通风速度下的可用安全疏散时间及横洞口不同车辆停靠情况下的必需安全疏散时间，进而确定各火灾场景下被困人员逃生概率。结果显示：横洞口有车辆停靠会影响被困人员疏散路径，降低门流率，火源位于横洞口时上游横洞口门流率最大值降低约40%;被困人员全体逃生概率随纵向通风速度的提升而增大，在5 MW、20 MW、50 MW的火灾规模下，通风速度分别达到其临界风速1.7 m/s、3.2 m/s、4.0 m/s后，车辆停靠随机性影响可忽略，逃生概率为100%;当风速未达到临界风速时，车辆停靠会降低被困人员安全疏散概率且大型车的不利影响更显著。     

木屑低温耗氧特性实验研究

木屑阴燃经历常温、低温氧化蓄热、加速升温直至燃烧等三个阶段.低温氧化阶段时间最长,也是木屑发生阴燃的必要条件.木屑低温氧化需消耗氧气,而木屑低温耗氧量及耗氧浓度可直观反应其阴燃特性.为了研究木屑低温耗氧特性,建立了木屑低温氧化耗氧浓度测试装置,研究了不同种类及粒径木屑试样低温耗氧特性.结果表明:随着温度升高,通入木屑罐体后氧气浓度逐渐降低,木屑耗氧量逐渐增加;利峰木屑耗氧量存在阶梯跃升的趋势,而联华木屑该趋势不明显;联华木屑随粒径减小耗氧浓度显著增加,而利峰木屑随粒径减小耗氧浓度反而降低,但降低程度不明显.研究结果为现场灭火提供科学指导.     

有限空间柴油车辆耗氧量及尾气污染物分析与计算

针对停放柴油车辆的有限空间环境,对车辆发动机燃料燃烧与有限空间环境空气间的氧气消耗关系、尾气排放与通风控制关系进行了讨论。给出了在有限空间中发动机进气量、耗氧量的计算公式,校核了有限空间中通风供氧量与停放车辆数的关系;给出了车辆发动机尾气排放量的计算公式。通过对有限空间柴油发动机尾气主要污染物组分及浓度与过量空气(氧气)系数关系的分析,得出控制污染物的最小通风量。     

火灾节流过程参数变化时序及其影响因素的研究

巷道火灾节流过程中各物理参数变化时序是正确模拟非稳态火灾过程和救灾决策的基础。通过实际规模的火灾试验,三维布点,自动采集数据。研究揭示:节流发生的时段为着火初期燃料挥发分的快速释放和燃烧的数分钟以内;此时,烟温小于330℃,升温速率为138℃/min,耗氧速率为3.4%/min,阻力的响应速率为8.5Pa/min;着火分支节流函数的最小值为0.83,其入口风速滞后下降速率为1.67×10-3m/s2;温度峰滞后于氧气浓度谷点、节流函数最小点和阻力峰的时间分别为1.6min,4.2min和5.6min,使用温度峰值计算最大阻力的传统方法是错误的。提出了描述节流度的定量方法,并导出了影响节流效应的因素为系统和风机特性参数、火灾发生的位置、比燃料消耗速率、火风压和热阻的方向及增长速率。     

改造机房IG541气体灭火系统灭火效能研究

总结了IG541气体灭火系统的优点,以某改造机房为研究对象,分析确定了防护区电气火灾规模及其发展趋势。运用FDS数值模型,对防护区IG541气体灭火系统的灭火效能进行了模拟分析。结果表明,火灾发生137 s后,感温探测器动作并联动触发气体喷放;系统启动97 s后,防护区内火灾熄灭。模拟过程中,防护区内火灾最大热释放速率为320 k W,最高温度可达47℃,氧气浓度最低为12. 2×10-2mol/mol。     

铁路隧道火灾烟气温度场分布规律的试验研究

以我国某铁路水下盾构隧道为背景,针对不同纵向通风风速、火灾规模等因素进行了18组缩尺寸火灾模型试验,对火灾时隧道内烟气温度场的纵向变化规律、高温烟气的蔓延规律进行研究,获得了不同工况下拱顶下方烟气温度纵向分布规律、火区内和火区下游烟气最高温度分布规律,以及火灾蔓延范围等.并根据火区内烟气最高温度的试验数据,得到关于烟气最高温度与纵向通风风速及火灾规模的理论公式.拟合结果表明,该理论公式与试验数据能够较好地吻合,相关性为0.92左右.     

矿井火灾逃生路径规划及其三维仿真研究

为研究矿井火灾中受风流变化和烟流蔓延影响的人员逃生路径规划问题,构建火灾时期人员逃生三维仿真模型。首先,建立巷道网络三维结构模型,作为展示平台;其次,基于通风网络解算模型与烟流蔓延参数模型,解算巷道网络中的风速风向、火灾温度和烟气质量分数;然后,确定矿井火灾巷道当量长度的影响系数,并依据火灾逃生路径规划算法得到人员逃生路径规划结果;最后,以国内某矿山为例,对火灾时期人员逃生进行三维仿真。仿真结果表明:依据矿井火灾情况的不同,可以掌握火灾时期的风速风向、火灾温度和烟气质量分数等参数,得到理想、可行和紧急等3种类型的逃生路径。     

狭长地下受限空间火灾分区形成的试验研究

通过狭长地下受限空间的火灾模拟试验,研究O#柴油在不同空间尺度形成的火灾分区现象.分析柴油燃烧时狭长地下受限空间火灾分区现象形成的判断依据、条件、时间,惰化区氧气耗量与空间容积的关系,惰化区氧气体积分数、烟气温度随时间的变化.结果表明.燃料量、空间尺度和燃烧表面积是影响狭长地下受限空间火灾分区形成的主要因素;分区现象形成的判断依据为惰化区氧气体积分数≤16%;分区现象形成的条件为火焰区容积热强度≥720 kW·m-3.这对地下受限空间火灾的防治和其性能化设计具有参考价值.     

城市地下综合管廊电缆舱火灾概率分析方法

为提高管廊电缆舱火灾风险评估的准确性,提出基于贝叶斯网络(BN)的电缆舱火灾概率预测分析方法。首先,采用蝴蝶结分析法(BTA),分析电缆舱起火原因,建立潜在的火灾事故场景;其次,考虑火灾事故场景中不确定性因素的影响,将BN应用到电缆舱火灾概率预测分析中,并结合电缆舱火灾发生发展实际优化模型;最后,以某管廊为例,结合文献及统计数据验证该模型逻辑可行。结果表明:通过该模型和方法,能够预测分析综合管廊电缆舱火灾发生发展概率,并且能探究火灾事故致因链条,为综合管廊火灾风险分析和事故防控提供参考。     

地铁车厢汽油火灾的模拟计算与分析

采用数值计算方法,研讨了泼洒燃料总量为5kg汽油的故意纵火情况下产生的火灾功率、烟气的蔓延规律及烟气控制方案。首先理论分析了泼洒液体火灾的液面深度、浸铺面积、单位面积燃料质量损失速率,进而得到了泼洒液体燃料总量与火灾功率的关系。采用多分区区域模型对列车车厢内的烟气温度、厚度进行了计算。分析车厢5kg汽油火灾的烟气危险性中,发现烟气将在30s时下降到危险高度,烟气温度将在30~50s后超过人体的极限,90s后烟气降到车厢地板,150s后车厢会达到轰燃温度。基于数值模拟结果,笔者提出了烟气控制方案。研究成果有助于地铁防灾设计及人员疏散紧急预案的制定。     

地铁车站站台火灾中人员的安全疏散

笔者分析了地铁站台火灾时火灾临界危险条件和人员的疏散特点 ,提出了地铁站台火灾中人员安全疏散模型 ,确定了人员安全疏散时间的计算方法 ;应用火灾模拟软件SMARTFIRE4 .0对某地铁站站台着火时温度和烟气浓度的发展进行了数值模拟研究 ,据此得到人员安全疏散可利用的时间 ;结合该站台着火时的具体情况 ,计算了人员安全疏散所需要的时间。研究与计算结果表明 :该地铁站火灾时 ,站台至站厅的楼梯是整个疏散过程的瓶颈 ,而楼梯的疏散能力主要受人员流量和楼梯的有效宽度所制约 ,据此提出了相应的解决方法。     

基于隧道火灾蔓延下的车辆引燃时间预测研究

为准确预测交通阻塞时城市公路隧道内火灾车辆引燃周围车辆所需时间,基于隧道内车辆火灾蔓延规律对车辆间引燃时间进行研究。通过理论分析确定隧道内火灾车辆周边相邻车辆所受辐射热通量的计算方法。通过线性拟合得出火灾下车辆引燃时间的预测方法。通过现场试验验证该预测方法的有效性。研究表明:引燃时间预测值与试验值基本一致,该方法精度较高;初始火灾车辆为小型车且周边车辆随机分布时,相邻车道并排的小型车不被引燃,并排中型车和大型车的引燃时间分别约为30和9 min;当初始火灾车辆为大型车时,并排小型车的引燃时间约为5 min,建议在火灾发生5 min内采取初步消防灭火措施或进行人员疏散。     

地铁站火灾烟气三维动态场模拟

由于城市地铁的建设在我国迅速发展,地铁站的火灾防范和安全疏散成为一个重要的研究课题。为了探讨地铁站火灾烟气的发展流动规律,笔者根据我国大多数现有地铁站的建筑结构模式建立了双层地铁车站的物理模型,并采用CFD的方法完成了火灾烟流三维动态的场模拟。在模拟中采用Rosseland辐射模型,将火源设定为放热量随时间变化的热源。计算结果表明在没有机械通风的情况下,烟气6分钟就将充满整个地铁站,人员难以在规范要求的时间内安全疏散。该研究成果可以为地铁站火灾发生时人员的安全疏散及烟气的控制提供一定的理论基础。     

通风对飞机货舱烟雾探测影响研究

为探讨通风对飞机货舱火灾探测造成的影响,采用火灾动态仿真(FDS)模拟不同通风工况下飞机货舱内烟雾扩散情况。建立DC-10货舱三维数值模型,仿真计算并验证通风时顶棚温度、气体浓度、光透率(LT);通过计算5种通风工况下顶棚烟雾流场及光透率,研究通风工况及探测器阈值对不同位置探测时间的影响。结果表明:相比于无通风工况,货舱通风显著影响舱内烟雾扩散;通风口下游较上游位置容易探测到烟雾;通风延迟烟雾探测时间,且通风量越大响应时间越长,通风量大于11. 33 m~3/min时探测不到烟雾;探测器阈值影响探测时间,适当提高探测器阈值及减小通风量能缩短探测时间。