隧道纵向通风对火灾规模和火灾蔓延的影响

隧道纵向通风一方面会给火源提供大量氧气,扩大火灾规模,增加火灾蔓延的可能性;另一方面又可以带走大量热量,减小火灾蔓延的可能性。目前,这两方面影响的相对重要性还没有被很好地研究。本文对纵向通风对隧道火灾蔓延的影响进行了研究,首先分析了纵向通风对隧道火灾规模的影响,然后利用火灾动力学模拟程序FDS,对不同通风速率及相应火灾规模条件下隧道内车辆间的火灾蔓延进行了数值模拟,得出了不同通风速率条件下火灾蔓延的规律,并提出了控制隧道火灾蔓延的措施。结果表明,增加通风速率能较大地增加货车火灾的热释放速率,当通风速率小于2 m/s时,火灾蔓延的距离随通风速率的增加而增大,当通风速率大于2 m/s时,火灾蔓延的距离受通风速率的影响很小;对于客车火灾,通风对火灾的热释放速率影响较小,并且火灾蔓延的距离随通风速率的增大而减小。     

考虑燃烧作用的隧道火灾三维数学模型

采用预设概率密度函数模型考虑燃烧的过程,构建了一种描述隧道火灾过程中燃油燃烧、烟气流动和传热的三维数学模型。应用该模型模拟了台缙高速公路苍岭特长隧道在释热率为50MW、风速分别为0～2m／s条件下的火灾过程,并通过室内模型燃烧试验验证了其有效性。与相同条件下热源模型计算结果的比较表明：无论通风条件如何,燃烧释放的大量烟气均会在火源上方形成一高速烟流区,而热源模型由于忽略了燃烧过程,在风速≥1m／s的条件下将无法刻画出该区域。高速烟流区抑制了纵向风流与高温烟流的混合,控制着火源近区的流场结构,是造成烟气回流和分层运动现象的主要因素之一。     

斜井送排式通风隧道的火灾救援通风研究

公路隧道发生火灾开启横通道后,形成通风网络。本文以重庆地区吕家梁隧道为工程依托,进行了斜井前后不同位置发生火灾的通风网络模拟。结果表明,斜井前发生火灾时,受斜井浮力效应、风流密度变化等的影响,主风机的工作压力降低,而体积流量增加;当火灾发生在斜井前隧道时,采用斜井单抽方式可实现全部火灾烟流从竖井中排除,斜井前设射流风机增压调节、斜井后设射流风机增阻调节是一较好方案;对于斜井后发生火灾,采用全射流火灾通风和斜井压入两种通风方案均能满足火灾风流控制要求,虽然后者需要开启轴流风机,通风能耗大,但火灾通风的时效性要好于前者。     

铁路隧道火灾中烟气逆流层长度的研究

以狮子洋隧道为工程背景,对不同火源热释放速率、不同通风风速、不同坡度及不同断面当量直径情况下的火灾进行了数值模拟。分析了隧道烟气逆流层长度的变化规律,并对模拟数据进行了拟合。结果表明,隧道烟气逆流层长度与通风风速、火源热释放速率、隧道断面当量直径的自然对数值拟合均符合直线关系,呈递增或递减变化;坡度对烟气逆流层长度的影响随通风风速的增大而减弱。在分析烟气逆流层长度变化规律的基础上,建立了烟气逆流层长度与火源热释放速率、通风风速及断面当量直径的关系式,通过对数据拟合获得了烟气逆流层长度公式,该公式推导合理,并有所创新。     

可调谐半导体激光吸收光谱技术用于火灾探测——初步试验

以火灾燃烧过程中产生的气体作为参数,可以大大提高火灾探测的早期性。测量气体浓度的方法有很多,可调谐半导体激光吸收光变更技术(tunable diode laser absorption spectroscopy,TD-LAS)由于其高选择性、高灵敏度和高分辨率的特点而越来越受到重视。描述了火灾特征气体CO和CO2的选取,设计了一套基于TDLAS原理的火灾探测系统,通过扣除背景噪声谱线以及对激光强度信号进行拟合,可以提高火灾探测的有效性。验证了系统对CO和CO2能够很好响应并且具有较好的线性关系,系统长时间运行稳定可靠,能够满足火灾探测的要求。     

高层住宅楼外墙保温系统火灾蔓延的数值模拟

为研究施工中高层建筑外墙保温材料火灾蔓延规律及温度场分布情况,利用火灾动力学模拟软件FDS(Fire Dynamics Simulator),建立了一栋20层钢筋混凝土住宅楼实体的数值分析模型,模型中包括施工脚手架和尼龙安全网,火源点位于第6层的外墙上。分析得到了火灾的发生及蔓延、温度场分布、CO浓度分布规律。研究结果表明,火灾开始时,火焰先沿水平方向发展,然后向上蔓延,并迅速蔓延至整个外表面,即呈表皮着火现象;窗户玻璃爆裂后,室内可燃物被点燃,形成立体燃烧;在建筑凹槽处,产生烟囱效应,燃烧最为剧烈,温度高达1000℃;在整个火灾蔓延过程中,温度出现2个峰值点。研究成果可为高层建筑室外火灾采取防控措施提供参考。     

浅谈城市隧道工程设计与施工中的防火、防灾保护

由于隧道建筑结构复杂、环境密闭,加上人员密集,通风条件差,一旦发生火灾,可燃物产生的浓烟将从起火部位以一定的速度沿隧道迅速扩散,并呈现聚集不散的状态,难以排放,造成隧道内的烟雾及有毒气体浓度增高,对人员生命造成威胁,同时也大大增加了施救工作的难度,尤其是在隧道的中部发生火灾,问题更为突出。隧道内发生火灾后将会有较多的车辆和随车人员堵在其中,极易造成车辆连续燃烧或爆炸的连锁反应。短时间内使隧道的结构及通风和照明等设施遭到致命破坏,产生大的跨塌。在隧道施工过程中,因其建筑结构复杂,消防设施不到位,一旦施工人员的误操作引起施工现场火灾或其它安全事故,将比其它施工现场火灾更难扑救,对现场人员的疏散及施救也十分困难。     

矿井火灾仿真与避灾路线的数学模型

矿井火灾具有突发性、火势发展迅猛以及灭火和救护困难等特点。火灾燃烧时产生大的热量和有毒有害的气体,并形成火风压。火势的动力作用,容易造成风流状态的紊乱,甚至造成整个通风系统风流状态的混乱,由此造成的损失极为惨重。矿井火灾仿真研究对于制定火灾预案具有重要的指导意义。由于矿井系统本身的复杂性及其有限的出口通道,以及灾变对矿井系统的影响,人员的避灾路线常常被灾变及其生成物所阻断。正因为这种复杂性,在紧急状态下依靠人工手段来提供避灾路线是不可能的,在计算机及其应用技术日趋成熟的今天,开发一套适合现场应用的避灾路线选择系统既现实又重要。提出了基于流体网络的矿井火灾仿真数学模型和避灾路线数学模型,并编制了相应的程序。该模型在金川有色金属公司二矿区进行了应用,取得了良好的效果。     

瓮丁村典型民居火灾动力学分析

翁丁村是我国典型的杆栏式古建筑群,为防止火灾在建筑间蔓延,当地传统风俗中形成了在发生火灾时拆除建筑茅草顶的防火技法。为验证这种防火技法的有效性并为后期试验提供理论依据,采用火灾动力学模拟软件FDS对典型民居进行了火灾动力学分析,获得了不同屋顶拆除时间火灾场景下的火灾热释放速率、热辐射通量和建筑间安全距离。在此基础上,结合理论分析给出了拆除屋顶的临界时间的理论计算公式,并比较了两种不同热辐射简化计算模型的计算效果。结果表明:在临界时间之前,即建筑火灾由燃料控制型转变为通风控制型之前拆除屋顶,可有效降低火灾发生时的热释放速率和热辐射强度,从而能有效地防止建筑间的火灾蔓延;由于房屋间距小,在临界时间之后才拆除起火建筑的屋顶,会导致火灾在建筑间蔓延;采用面源简化计算模型计算不同距离的热辐射通量,与计算机模拟的结果更为接近。     

梯度升温地层中巷道风流温度分布计算研究

以往巷道围岩与风流热交换计算都是基于围岩地层温度恒定为条件的,为考虑地层地温随深度连续变化对通风巷道风流温度分布的影响,引入风流与围岩热交换的广义换热系数的概念。为简化分析,在假设暂不考虑巷道热湿蒸发或风流湿度饱和,以及无局部热源的前提下,推导了在地层深度梯度升温场中井巷风流与围岩热交换微分方程,即在围岩恒温条件下风流与围岩热交换方程中增加一项地层升温项。对不同巷道情况分别进行求解,结果得到,在地温梯度升温条件下,如果巷道足够长,水平巷道的风流温度终将与地温趋于一致;对倾斜的通风巷道,风流升温率与地温升温率趋于一致,在风流与巷道围岩之间热交换达到稳定后存在一个温度差,称为滞后温差,且该温差随着风量增大而增大。研究为解决矿井地下3D网域通风系统中风流温度分布计算仿真提供算法基础。     

火源位置对凹型砖木结构古建筑火蔓延特性影响研究∗

为探究凹型砖木结构古建筑火灾蔓延特性,以某典型凹型古建筑为研究对象,利用 Pyrosim 软件进行物理模型搭建,研究不同火源位置对火灾蔓延规律的影响,以及在该过程中温度、能见度变化规律和 CO、CO₂浓度动态分布情况等。结果表明：不同火源位置对火蔓延特性影响较大,若引火源位于凹型古建筑西南角,相较西北、正北方向两个工况,热释放速率可高达 240 MW/s,应选择在该处设置多个感温探测器及自动喷淋系统用于火灾防范;若引火源位于建筑西南角,相较其他工况室内温度可达最高值 1 000 ℃,CO、CO₂浓度亦均达最值,且在垂直高度 1.67 m 处能见度下降速率达到峰值,人员需在 2 min 内全部疏散。该研究对于凹型砖木结构古建筑火灾防控、防灭火装置的合理排布及灾后人员高效、安全疏散具有重大意义和参考价值。     

钢框架房屋火灾消防过程温度场数值模拟研究∗

钢结构在火灾消防过程中容易遭到破坏甚至发生倒塌，而空间温度场是研究结构响应的基础。为了研究喷水消防对空间温度场的影响，建立了三层三跨钢框架房屋模型，在火灾动力学软件中利用水喷淋方式模拟了其消防灭火过程。分别研究了消防在火灾初期发展阶段和稳定燃烧阶段介入时，火源及框架平面附近的温度场分布与发展规律，对比分析了消防在不同火灾阶段介入后直接灭火跨与相邻跨的火场温度变化特性。研究结果表明：（1） 数值模拟结果与火灾消防试验结果吻合较好，验证了数值模型中采用水喷淋方式模拟喷水消防过程获得温度场的可行性；（2）消防在火灾初期发展阶段介入后，直接灭火跨的温度发生骤降，最大降幅约 350 ℃，约 20 s 后缓慢回升， 消防喷水有效减缓火灾发展进程，抑制空间温度与梯度发展，框架附近平面火场达到的最高温度相比无消防介入火灾低约 350 ℃；（3）消防在稳定燃烧阶段介入时，空间温度较高、温度梯度较大，消防介入后火场最高温度在 60 s 左右降低约 650 ℃，降温速率约 11 ℃/s，短时间内温度梯度变化剧烈；（4）与在稳定燃烧阶段介入相比，消防在火灾初期发展阶段介入可大幅降低火场最高温度，且使温度梯度变化比较缓和。     

喷水灭火过程中足尺钢框架房屋温度场试验研究∗

喷水灭火行为引起的火场局部温度骤降,有可能引起房屋结构破坏。为研究火灾及消防过程中温度场的分布和变化情况,设计建造了足尺钢框架房屋,根据实际火灾及消防场景设计火灾荷载和消防系统,模拟了真实火灾下窗户玻璃破碎和喷水灭火对火灾温度场的影响。试验过程中利用热电偶测量火灾及消防全过程的火场温度,得到了火场中不同位置的温度变化曲线。根据试验结果,并结合火灾动力学分析了火场温度的空间分布和变化规律。研究表明:火灾过程中,火场在垂直方向上存在明显的温度梯度,空气温度随高度增加而升高;框架平面沿水平方向越靠近起火点,升温速率越快,能达到的最高温度越高,垂直方向温度梯度越大;玻璃破碎增大了通风口面积,对通风控制型火灾的温度场有显著影响,靠近通风口处温度略有降低,而远离通风口的火场纵深处温度大幅上升;消防喷水能迅速抑制火场燃烧,降低火场温度,降温速率随喷水灭火时间增长而减小;开始灭火的短时间内,火源附近温度骤降,降温速率最高达到391℃/min。     

圆形开口建筑火灾外立面热羽流温度演化研究∗

建筑火灾是火灾科学领域的重要研究方向之一,外立面热羽流温度是评价建筑火灾危险性的重要指标。基于弗洛德相似准则,利用缩尺寸单一开口燃烧腔室模型开展建筑火灾实验,对不同火源功率和开口尺寸下圆形开口建筑火灾外立面热羽流温度分布规律进行探究。研究结果表明：(1)在燃烧状态稳定下,对于确定开口尺寸和火源功率,圆形开口燃烧室内顶棚下方热气体温度基本均匀且保持一致;(2)在圆形开口建筑火灾中,火溢流和顶棚射流火焰的扩展工况下,外立面溢出热羽流温度演化与矩形开口火溢流工况相似;(3)基于热羽流温度实验数据, 分别建立了不同开口尺寸、火源功率下圆形开口建筑火灾顶棚射流火焰扩展和火溢流工况的外立面溢出热羽流竖向温度预测模型。     

高层建筑典型外墙保温材料火蔓延特性数值模拟研究

有机保温材料被广泛应用于高层建筑外墙保温体系的同时,也可能增加高层建筑的火灾风险。本文通过计算机模拟,着重研究了保温材料之一的聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)的火蔓延速率、失重速率及温度场分布等特性。研究结果发现:发生火灾后,外墙保温材料可以在很短的时间内自下而上蔓延至整个材料表面,并有表皮着火的现象。在火焰到达材料顶部之前,向上火蔓延占主导地位,材料中部区域明显燃烧脱落,火焰在材料两端上部继续燃烧,有向下加速蔓延的趋势;之后,火焰沿着材料中部内侧向下剧烈燃烧,材料呈V字型燃烧直至熄灭。在高层建筑外墙外保温材料火蔓延中,不同着火点情况下的燃烧速率随时间变化的趋势相似,且会形成两个波峰。     

煤巷高冒区遗煤自燃数值模拟分析

煤巷高冒区因遗煤易自燃而成为煤矿内因火灾的重要危险源之一。本文在分析高冒区遗煤赋存状态的基础上,结合平煤十三矿11111巷道高冒区实际情况,应用FLUENT软件,对高冒区漏风风速、温度、氧气浓度以及CO浓度的分布进行了数值模拟。模拟结果表明:高冒区中部漏风在自燃风速范围内;在高冒区内,高温点出现在中部;高冒区中部氧气消耗量最大,煤氧反应产物CO浓度在高冒区中部最高。根据高冒区温度、氧气浓度、CO浓度、漏风风速的分布规律,可将高冒区划分为"易自燃带"和"不易自燃带"。     

地铁车战列车火灾烟气特性CFD模拟分析

铁作为现代城市不可或缺的交通工具,在人们的生活中发挥着越来越重要的作用,它提供给人们的便利是其他交通工具所无法替代的.但是,由于地铁站属地下建筑,建筑结构特殊,而且客流量大、人员集中,所以一旦发生火灾,将产生大量的有毒烟雾(含CO、CO2)和热烟气,特别容易造成群死群伤的严重后果.     

钢框架厂房火灾后的破坏形态

端部约束不同的构件在火灾中的破坏形态不同,研究整体结构构件在火灾中的破坏形态,可以为钢结构抗火研究与设计提供依据。某钢结构框架厂房发生火灾,大火历时3个多小时,火场最高温度达1000°C以上。火灾后,框架梁均有不同程度的破坏,钢梁端部下翼缘屈曲破坏较普遍;由于钢梁顶没有设置抗剪键,钢梁与顶部的混凝土现浇楼板脱开,火灾后残留有较大的挠屈变形;钢柱在火灾后未有明显的破坏现象,但有侧向变形产生。这些现象与实验室中标准试验的结果不同。     

长公路隧道交通安全研究

由于在长公路隧道中行驶时车道相对封闭、光线时强时弱、行车自由度偏小、空气不易流通等,在隧道内易发生交通事故,而且交通事故发生后易引起火灾,产生的浓烟较难疏散,事故后果及事故救援方法都与其他的交通事故不同。随着隧道交通事故数量不断增加,隧道已经成为交通事故的主要空间分布点和事故黑点。采用事故致因理论,详细分析了造成交通事故的各种原因,找出了引发事故的根源,然后提出了一系列隧道交通安全措施。最后构建了公路隧道交通事故应急系统,可最大程度减少交通事故损失。     

青海草原火灾环境因素分析

应用1995-2004年10 a青海草原火灾调查资料和火灾区14个具有代表性气象台站的气象资料,分析研究了草原火灾区的气候特征、牧草结构、放牧状况,及火灾时空分布、危害和与气象要素间的关系,为预防和监测草原火灾,加强草原防火管理工作提供参考依据。分析结果表明:青海草原火灾有两个高发区,分别位于青海湖的南、北部,高发区火灾次数占火灾总次数的70%。冬春季平均气温年际增温明显时,对应的年火灾次数大幅度上升,冬春季平均气温年际变化每升高1℃,年火灾次数增加1.6次。冬春季降水偏少且分布不均、气温偏高是火灾增加的主要因素。草原秋冬转换期的11月和冬春季转换期的3月是草原火灾多发期,这2个月的火灾次数占总数的54%。草原火灾发生前,气象要素中日变化明显的有降水、风、地温、相对湿度、蒸发量等,过火面积、损失程度因这些气象条件的不同而有所差异。持续性的“暖干”天气,使草原处于极干燥、易燃的状态,它在火灾个例中占65%,草原上一旦出现火源,风助火威,就能迅速燃烧,风速与过火面积成正比。