城市综合管廊电缆火灾数值模拟及影响因素分析

为了研究城市综合管廊电缆火灾的发展过程及规律,为电缆舱室的火灾防治和结构设计提供参考,以义乌商城大道综合管廊工程为依托,采用火灾动力学三维模拟软件FDS建立全尺寸火灾模型,分析了电缆舱室内火灾发展过程及烟气温度分布规律,研究了舱室截面尺寸对电缆火灾热释放速率的影响规律。研究结果表明:综合管廊电缆舱室发生火灾时,点火源同侧电缆和另一侧电缆先后被引燃,火场温度较高,最大火灾热释放速率达11. 2 MW。着火分区内电缆燃烧范围约为25 m,属通风控制型火灾,建议采用密闭自熄辅以自动灭火系统的消防措施。舱室净高是影响电缆火灾的发展速率及其热释放速率峰值的重要影响参数,通道宽度对电缆火灾的影响较小,建议电缆舱室通道宽度取为1 200 mm,最上层电缆距其顶板净距取为600 mm。     

船舶舱室层间火灾差异性仿真研究

为了探讨舱室分层、舱室通风开口参数对潜艇多层结构舱室火灾的影响,参照真实发生的火灾案例,结合案例中潜艇多层舱室的实际结构特点,采用Pyrosim建立多层舱室结构燃烧模型,调用FDS仿真研究各层火灾在自然通风和封舱状态下的差异性,发现各层火灾燃烧中均存在"顶棚射流火焰"与"间歇性复燃"现象,但出现时间点不同,且不同层火灾烟气浓度和温度在空间分布上存在明显差异,得出潜艇应采取"分层区别化灭火"的结论.     

船舶封闭舱室火灾烟气温度特性研究

封闭舱室火灾与开放空间火灾有很大的不同。通过在内尺寸为1m×1m×0.75m的舱室内的一系列不同油盘直径庚烷油池火试验,发现了烟气的循环卷吸现象,且发现舱内气体可以分为上部的密烟气层和下部的稀烟气层两层,此时传统的双区域模型对火灾的模拟不再适用。烟气温度的空间分布可以用一个分段函数来表示,密烟气层内部温度基本一致,温度与高度无关;稀烟气层内部温度随高度具有均匀的梯度,为高度的一次函数。同时,研究发现熄火时刻舱内的烟气温度分布符合波尔兹曼分布律,且与油盘直径无关,即与火源功率无关,满足统一的波尔兹曼方程,并就本实验参数条件下的温度数据给出了拟合曲线方程。     

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。     

地铁十字换乘车站全尺寸实验研究:I.站厅火灾

为了全面了解在不同通风模式下地铁十字换乘车站站厅火灾发展规律,通过在8A编组地铁十字换乘车站公共站厅层开展1 MW规模的全尺寸火灾实验,对不同通风模式下换乘地铁车站站厅层公共区火灾场景下的烟气前锋到达时间、烟气扩散与沉降范围和楼扶梯处温度等参数进行分析研究。研究结果表明:在换乘线路A线站厅层发生火灾时,受到出入口自然风以及站厅层空间结构的影响,站厅内形成了由站厅北侧向南侧方向的风压,有效抑制了烟气向B线站厅扩散;通风排烟系统能够有效降低烟气扩散速率,控制烟气扩散范围和沉降高度;针对此类结构车站站厅的防排烟设计,应综合考虑通风、出入口位置和空间构筑物对火灾烟气扩散的影响,确保火灾过程中人员疏散路径和楼扶梯处烟气层高度和烟气温度处于安全水平。     

地铁十字换乘车站全尺寸实验研究:Ⅰ.站厅火灾

为了全面了解在不同通风模式下地铁十字换乘车站站厅火灾发展规律,通过在8A编组地铁十字换乘车站公共站厅层开展1 MW规模的全尺寸火灾实验,对不同通风模式下换乘地铁车站站厅层公共区火灾场景下的烟气前锋到达时间、烟气扩散与沉降范围和楼扶梯处温度等参数进行分析研究。研究结果表明:在换乘线路A线站厅层发生火灾时,受到出入口自然风以及站厅层空间结构的影响,站厅内形成了由站厅北侧向南侧方向的风压,有效抑制了烟气向B线站厅扩散;通风排烟系统能够有效降低烟气扩散速率,控制烟气扩散范围和沉降高度;针对此类结构车站站厅的防排烟设计,应综合考虑通风、出入口位置和空间构筑物对火灾烟气扩散的影响,确保火灾过程中人员疏散路径和楼扶梯处烟气层高度和烟气温度处于安全水平。     

热浮力及室外风压耦合驱动下高层建筑疏散走廊烟气运动网络模拟分析

火灾发生后,火灾烟气主要通过疏散走廊向建筑的其他部位蔓延.有效控制疏散走廊中的烟气,可以阻止其进一步蔓延到楼梯间.了解火灾烟气在疏散走廊中的运动规律,是控制其蔓延扩散的前提.热浮力和室外风压是烟气在走廊中运动的主要驱动力,研究二者耦合作用对走廊中烟气运动的影响,对进一步弄清火灾烟气的流动规律具有较大的意义.采用网络模拟软件CONTAM 3.0模拟疏散走廊中火灾烟气在上述两种驱动力作用下的运动情况.结果表明,随室外风速增大,疏散走廊中火灾烟气的运动速度增大,远大于单纯热浮力作用时烟气的运动速度;当热浮力和室外风压耦合驱动时,室外风压对烟气运动的影响起主要作用.     

船舶客舱火灾全尺度燃烧室及其相似模型设计

为了研究船舶客舱火灾烟气的蔓延规律,依据船舶舱室设计现行相关标准和规范,结合游轮内舱房和海景房舱室结构和通风特点,设计了船舶客舱火灾全尺度燃烧室,并以其为原型,依据相似理论,采用Froude相似模型,建立了1/2尺度的船舶客舱火灾模型试验舱。利用FDS 6.1对原型和模型进行了数值模拟试验,并对试验结果进行了相似性分析。结果表明,无论是烟气速度、温度、烟气层高度还是烟气密度,这些火灾研究中重要的监测参数在模型与原型之间都表现出良好的相似性,表明在一定范围内,所设计的船舶客舱火灾模型试验舱在火灾烟气蔓延规律研究中可以对原型全尺度客舱燃烧室进行良好的模拟。     

船舶舱室火灾风险分析方法研究

以船舶火灾为背景,建立了适用于船舶舱室火灾风险分析的方法。首先确定了舱室起火频率模型以及主要消防措施的可靠性,然后采用贝叶斯网络建立了火灾场景发生概率模型。其次对船舶舱室火灾的不确定性参数进行了分析,并将蒙特卡洛模拟与双区火灾模型结合对场景发生危险的概率进行计算。最后,对实船典型结构舱室进行了算例。结果表明:舱室人员发生火灾危险的概率(2.011×10-3)大于设备发生火灾危险的概率(7.155×10-4);当舱室起火时,喷淋对舱室人员安全几乎没有影响,无论有无喷淋,烟气沉降到危险临界高度的时间都很短,均值约为9 s;喷淋对舱室设备有很好的保护作用,无喷淋的舱室最高温度均值为292℃,有喷淋的舱室最高温度均值为141℃。     

地铁十字换乘车站全尺寸实验研究:Ⅱ.站台火灾

为了解在不同通风模式下地铁十字换乘车站站台火灾发展规律,通过在地铁十字换乘车站站台开展全尺寸火灾实验,分析了不同通风模式下站台层火灾的烟气扩散速率、沉降高度和扩散范围。研究结果表明:该类型车站站台火灾烟气扩散受到建筑结构和通风条件等因素的影响;在A线路站台层发生火灾时,站台断面面积沿烟气扩散方向的缩小有效抑制了烟气向远端扩散;站台机械通风能够有效降低烟气扩散速率,控制烟气扩散区域和沉降高度;在0.5 MW火灾规模下,A线路站台火灾对B线路影响不明显。     

典型多层经营性自建房火灾初期处置效能的大涡模拟

针对多层经营性自建房建筑结构及火灾荷载特点构建典型建筑全尺寸模型，进行火灾动力学模拟分析及拓展研究，以提高火灾初期处置效能。设置系列火灾模拟场景输出表征项，采用雷达图等方式量化对比不同初期处置战术措施效能。结果表明，自建住宅因多层、内设楼梯井等建筑结构特点，火灾过程中热烟气易在楼梯井、采光井等结构内大量蓄积。在建筑二层或以上空间有人员被困的火场，二层出水冷却、破拆顶窗联用出水等2种战术措施能够在短时间内迅速降低二层及以上空间温度及烟气浓度；对一层火势控制作用虽不明显，但反作用影响亦不大。一层出水冷却虽可对一层火势形成有效控制，但易驱赶、加剧热烟气向上层流动扩散，有人员被困时不利于内攻搜救。二层排烟、破拆顶窗等2种战术措施用于一层火灾荷载较大、二层以上空间已有大量热烟气聚集的火场，易引发回燃，应谨慎使用。涉及出枪射水的战术措施，建议应尽量选用能够形成较小粒径液滴的灭火器具，在压制火场火势降温、吸附烟气粒子降毒方面可取得较好效果。     

地铁轨道区火灾场景特性研究

在考虑人为恐怖袭击行为情况下，采用地铁轨道区模型实体火灾试验研究了地铁轨道区的火灾场景。得出了模拟地铁轨道区在火灾中的热释放速率，烟气浓度，温度，烟密度的变化规律。通电模拟短路以致引燃方式着火的最大热释放速率为9．66kW。浇洒煤油方式点火，轨道区最大热释放速率达到了204kW。随着电缆的点燃，燃烧进行的较为缓慢，烟气上升至隧道顶，沿着顶部向开口外扩散。C02的浓度变化较为缓慢。至10’41″达到c02释放峰值5027．7ppm；至10’41″时C0浓度达到最大354．0ppm。在轨道区问燃烧过程中，高温烟气始终沿着隧道顶部扩散，低于1．5m的空间是相对安全的；高于1．7m的空间是相对危险区域。火灾中烟气是首先弥漫整个房顶，然后再往下漫延的。     

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。     

高架仓库火灾烟气运动和控制数值模拟研究

根据哈尔滨某纺织品仓库的实际尺寸建立几何模型,应用大涡模拟(LES)方法对机械排烟模式下仓库火灾的热释放速率、温度流场、能见度变化情况进行数值模拟,得出了火灾的发生发展、火场温度分布、烟气流动状况及其组分浓度等参数随时间的动态变化规律。模拟结果表明,机械排烟可以将烟气控制在8m以上的空间内,有效地抑制烟气向仓库下部扩散,使仓库内的温度和能见度不影响人员安全疏散。研究成果可以为合理地设计大型高架仓库的防排烟措施提供参考。     

多驱动力作用下高层建筑火灾烟气输运规律研究现状

高层建筑发生火灾后,火灾烟气会在多种驱动力的作用下从着火房间迅速蔓延扩散至整栋建筑,严重威胁建筑内人员的生命安全。因此,控制建筑内烟气蔓延是建筑消防安全的一项重要内容。该文对热浮力、烟囱效应和室外风作用下建筑内火灾烟气输运规律进行分析,较系统地总结了这三种驱动力作用下火灾烟气输运的国内外研究成果,指出了以往研究的一些不足之处。根据国内外相关工作的研究进展及当前需要,对今后高层建筑火灾烟气输运规律的主要研究内容提出了几点展望。     

活塞风对地铁隧道内烟气扩散特性影响的数值模拟

研究目的是探索地铁列车活塞运动所造成的隧道内三维非均匀初场对列车火灾烟气扩散特性的影响。采用计算流体力学(CFD)方法模拟列车从运动到停止于隧道中的过程,通过将瞬时计算域内三维速度场经过数据转换和传递作为进一步模拟火灾烟气扩散过程的初始条件,检验有效疏散时间内列车附近疏散空间的安全性,并将模拟结果与静止初始条件下的模拟结果进行对比。模拟所采用的三维非均匀初场更接近于真实的物理过程,使模拟结果更有助于揭示实际火灾过程的本质。模拟结果显示列车运动所造成的惯性气流对火灾早期烟气扩散有显著的影响,所采用的研究方法和结论能为制定更加可靠和安全的火灾应急预案提供理论依据。     

地铁多线换乘车站火灾模型实验研究—(1)模型装置设计

为研究地铁网络化运营枢纽车站火灾烟气扩散特征和防排烟技术,根据工程资料和标准规范对典型多线换乘车站进行1∶10火灾实验模型设计,并依据设计方案完成车站模型主体结构和通风排烟系统的搭建,同时在各个防烟分区设计安装温度、流速、烟气浓度和热辐射测量装置,可实现对“T”形、“十”形和“L”形换乘等不同换乘形式车站的火灾场景模拟和危险参数测量。研究结果表明:该模型装置能够开展一系列针对不同换乘形式和通风模式的火灾实验,对于全面揭示大型换乘车站火灾烟气运动规律、验证并优化火灾防排烟设计方法、支撑复杂结构枢纽车站火灾烟气控制技术具有重要意义。     

烟气自通道向中厅大空间扩散的实验研究

热烟气由单室经通道向中厅大空间溢流是受限空间火灾中重用的排烟通风问题，它在火场新鲜空气补充及火势向未燃区的蔓延过程中起着重要的作用，而且对火灾的监测、扑救及避险逃生有着重要的意义。本文的实验测量了通道向大空间溢流的准稳态温度场和速度场，得到了出口溢流平均速度与火源功率之间的关系式。实验结果表明：通道出口的热烟气溢流可以近似地认为是二维湍浮力射流，采用二维射流模型可以改进已有的烟气溢流计算方法、提高工程计算的准确度，这对火灾安全工程具有实用意义。     

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。     

矩形中庭顶部开口比例对火灾烟气扩散的影响研究

为探究带回廊的矩形中庭内顶部开口比例对火灾烟气扩散规律的影响，改善建筑防排烟条件，以某矩形中庭商场为例，运用火灾动力学模拟(Fire Dynamics Simulator, FDS)软件设置了温度测点，模拟了不同顶部开口比例下的矩形中庭底层起火时的烟气流场，基于线性回归模型拟合了烟气温度随顶部开口比例变化的关系，并以缩尺模型试验进行了验证。结果表明：矩形中庭内烟气在有顶部开口的情况下能在短时间内向上扩散至顶部，同时在各层回廊顶部水平扩散，在400 s内填充整个空间；烟气温度与顶部开口比例的关系总体为线性负相关，在开口比例从1下降到1/2时能见度下降最快；试验中的烟气温度变化规律与模拟结果相吻合，验证了FDS用于火灾烟气研究的可行性。