细水雾灭火系统作用下特大断面公路隧道火灾特性数值模拟研究

细水雾灭火系统在公路隧道中的应用引发了较多关注,但是针对特大断面公路隧道的研究仍然不足。以2种大断面及4种特大断面公路隧道为研究对象,选取额定流量35 L/min、额定压力10 MPa的高压细水雾喷头,选择4种喷头布置形式,考虑火源功率、位置、遮挡物等影响因素,以隧道顶棚达到耐火极限的临界温度和相邻车辆被引燃的临界热辐射强度为判据,利用FDS模拟软件分析得到适用于隧道的细水雾喷头布置方案。结果表明对于特大断面隧道,细水雾单排顶喷布置不能有效抑制30 MW的大货车火灾,应采用增加顶喷或侧喷喷头的布置形式,从而保护隧道结构安全,防止相邻车辆被引燃。     

多匝道城市公路隧道火灾应急救援方案研究

为研究多匝道城市公路隧道内火灾场景下的应急疏散、救援准则以及具体方案,以长沙某城市公路隧道为背景,首先通过对该隧道内的火灾产生机理、特性等主要因素进行研究,确定通道内不同事故类型下的火灾规模;再通过专业的CFD数值计算模型研究不同火灾规模下隧道内的烟雾分布特性及规律;其次依据研究成果制定隧道内各类火灾事故下的通风控制方案;最后制定出隧道内合理烟气控制方案下隧道各个区段人员、社会车辆及救援车辆的疏散救援方案。研究得出多匝道城市公路隧道内小型火灾场景下,烟气能够控制在火灾与火灾下游排烟井范围内;大型火灾场景下利用双排烟井进行排烟时,烟气能够控制在两个排烟井范围内;未受烟气影响的区域内可以正常交通。     

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。     

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。     

基于场、网模拟的地铁隧道火灾控风模式分析

为全面定量分析地铁火灾情况下人员疏散过程,基于网模拟和场模拟对地铁火灾环境的适应性,分析列车着火并滞留在隧道的不同控风方案的可行性,以天津1号线下瓦房站至南楼站之间的隧道为例,用网模拟技术模拟出隧道内风流状态,为场维模拟提供边界条件。以网模拟得出的火源相邻分支风速2 m/s为边界条件进行场模拟,得出的结果表明,列车车头着火并滞留在隧道中,人员在6 min的安全疏散时间内,从着火隧道经联络通道向相邻隧道疏散的情况下,着火隧道推拉式排烟,相邻隧道对送风为可行通风模式。     

火灾情况下某单洞双层盾构隧道人员疏散分析

对于火灾情况下单洞双层超大断面双层盾构隧道人员疏散问题,在现有的规范中,没有相关条文说明给出明确要求。主要针对火灾情况下某单洞双层盾构隧道人员疏散进行分析,对我国某水下盾构隧道开展了火灾情况下人员疏散的模拟研究。利用Pathfinder模拟疏散软件,通过模拟计算获得该双层盾构隧道发生一起火灾情况下人员逃生所需的时间,验证其疏散通道的疏散能力,以及疏散楼梯尺寸、疏散逃生洞口间距的有效性。在模拟中,将火源设置在隧道的下层,人员从隧道下层往上层疏散。结果表明,基于隧道内疏散楼梯最大的有效宽度,当疏散逃生洞口间距设置为36m时,方可将人员疏散至未失火层隧道的时间控制在6 min以内,从而满足"6 min原则"要求。     

车辆声学当量折算系数研究

为在公路交通噪声预测时能同时考虑不同车型和同种车型车辆辐射噪声特性不同对预测结果的影响,提出了车辆声学当量折算系数的计算方法。以单车辐射噪声声压级模型为基础,利用噪声求和公式推导出具有任意速度的任意车型间的声学当量折算系数计算公式;对速度调查结果分析发现,自由流行驶状态下各种车型车辆速度均服从正态分布,利用此特点提出了速度离散化方法;以小型车为折算车型、小型车平均速度为折算速度,利用声学当量折算系数公式计算了哈双高速每种车型不同速度组车辆折算成具有平均速度的小型车当量数。通过该方法将具有不同速度的不同车型车辆折算成一定当量数的具有同一速度的小型车,总交通量被折算成辐射噪声水平相同的小型车当量交通量。     

锂离子电池火灾危险性研究

为解决锂离子电池在应用、运输中的火灾安全问题,并为锂离子电池火灾扑灭技术研究提供支撑,以钴酸锂18650型及大容量的聚合物锂离子电池为研究对象,通过开展针刺、短路、耐热等滥用试验寻求锂离子电池及电池组引发火灾的条件和因素。通过开展燃烧试验,分析锂离子电池的燃烧特点。试验结果表明:正极材料为钴酸锂的18650型锂离子电池自燃温度约为170℃,大容量的聚合物锂离子电池组在内部短路后,可能发生燃烧甚至轰燃现象且燃烧残留物温度高,易引发火灾;18650型锂离子电池在短路条件下会长时间持续放热,存在引发火灾的可能;单只锂离子电池燃烧后能够引燃相邻的电池,从而形成电池组的连锁燃烧反应。     

隧道路段逆反射轮廓标设置技术研究

隧道是高速公路事故多发路段,为了提高隧道路段行车安全性,需为驾驶员提供与一般路段相近的视觉环境,以有效减少由隧道行车环境变化引起的驾驶员判断和操作失误,逆反射技术在提高隧道路段驾驶员视觉舒适性方面具有潜力.为了确定隧道路段轮廓标设计方案,利用Smart-Eye Pro 5.7型眼动仪,对隧道路段逆反射轮廓标设置技术进行试验,获得了不同逆反射轮廓标组合方案的驾驶员视觉数据.结果表明,小型车和大型车驾驶员对逆反射轮廓标设置高度的视觉差异性明显,设置高度约为0.4 m的逆反射轮廓标对小型车驾驶员的视觉环境改善效果最佳,相应地,大型车约为1.0m.从控制隧道内明暗变化的闪频出发,轮廓标间距以15 m左右为宜.为满足驾驶员视觉舒适性要求,应将驾驶员瞳孔直径变化率控制在0.396 ～ 1.302mm/s,据此确定小型车适用的轮廓标反光膜为超强级,大型车为工程级.研究成果在G65高速公路木冲隧道的应用使驾驶员瞳孔直径变化率控制在1.302 mm/s以内,并使同期事故减少了51.8％.     

全尺寸巷/隧道火灾风烟流温度预测模型与验证*

为探究巷/隧道火灾热动力灾害的演化规律,基于能量守恒定律和热量转换关系,建立巷/隧道火灾风烟流温度演化的预测模型;考虑巷道分叉和汇合对烟气蔓延和温度的影响,构建分叉和汇合巷道内烟流温度随时间变化的演化模型。通过开展全尺寸巷道火灾实验以及与国内典型隧道火灾试验数据对比,对理论模型进行验证。研究结果表明:理论模型所呈现的烟气温度随时间的变化关系,能较好地反映火灾发展的3个阶段,烟气温度的变化趋势符合火灾火源燃烧特性曲线;理论模型能够准确地预测顶棚最大烟气温升以及温度纵向衰减现象,烟气最高温度预测值与实验结果的误差率在15%以内。研究结果可为巷／隧道火灾时期的烟气控制和救援提供理论参考。     

1kV配电电缆的电弧引燃过程研究

电弧引燃电缆是造成电缆火灾的重要因素,威胁电力设备的安全运行与电力可靠供应。为了探索配电电缆的电弧引燃机理,构建了电弧引燃1 kV配电电缆实验平台,结合火灾动力学仿真,初步研究了电弧引燃电缆过程中的点燃、火焰蔓延及温度场分布,进一步探索了电弧火源功率对电弧引燃电缆过程的影响。结果发现功率为300 W的电弧火源能够在10 s内引燃1 kV聚氯乙烯护套电力电缆,电缆引燃后最高温度达900℃。随着电弧火源功率增大,电弧引燃电缆时间显著减小,并进一步获得了引燃该电力电缆所需的临界电弧功率。运用FDS仿真电弧引燃电缆过程,实验与仿真结果基本一致：当电弧功率从21.93 W减小到7.15 W时,实验点火时间从19 s增加到57 s,仿真点火时间从15.3 s增加到55.9 s;当电弧功率低于7.15 W时,实验和仿真电缆均无法引燃。     

基于光纤光栅传感的隧道火灾热传递特性测试

基于光纤光栅的感温传感技术对隧道火灾准确、快速报警的影响因素中,除了传感器的响应时间、精度等自身参数外,着火点向四周的热能传递特点、不同的风载条件下的热能传递特点等对传感器的测量输出有着重要影响。通过隧道现场试验对上述问题开展研究,得到了火灾热源与传感器在不同距离下传感器感知到的热能分布特性,以及在不同风速载荷下隧道内温度的分布和扩散特性。结果表明,光纤光栅探测器温升梯度的稳定态值与探测器到热源之间的距离成指数关系。在风载为3 m/s时,着火点的热辐射峰值点沿风向下偏了约5 m;风载为5 m/s时,下偏距离达到10 m,为更加合理的火灾传感器设置提供科学依据。     

浅议高速公路隧道火灾

随着社会的发展,高速公路和铁路里程的增加,隧道交通也迅速发展,而隧道的安全问题也日益为世人所关注。隧道一旦发生火灾,扑救十分困难,而且易造成严重损失。隧道火灾与隧道的建筑和内部设施以及通过的车辆有关。如果不能控制这些车辆带来的火灾危险性和发生在一个狭窄的、拥挤的隧道内的火灾,就会对隧道结构造成破坏和对人员生命造成损失。     

两种含水率水稻堆垛的着火与蔓延燃烧特性实验研究

粮食安全事关国计民生,近年来粮仓火灾多发,对于粮食火灾安全的基础性研究,显得愈加迫切。基于自主设计的贯穿气流条件下的散粒堆垛引燃与蔓延燃烧特性研究实验平台,针对两种含水率水稻,在不同贯穿气流条件下,开展了引燃与内部蔓延燃烧特性研究。结果表明,水稻含水率对其燃烧特性具有重要影响,即,对于13%含水率水稻,采用高温电热细棒插入堆垛内进行引燃45 min,并未引燃;然而,对于3%含水率水稻,仅引燃4 min,堆垛即形成迅速剧烈蔓延燃烧,中心区域燃烧温度高达1 200 ℃,最大蔓延速度约0.8 cm/s,引燃前的最大升温速率约200 ℃/min。此外, 结果还表明,贯穿气流条件下,远离中心区域的四周水稻升温较慢且剩余一些最终未引燃,水稻堆垛内部主要呈向下且不断扩大的蔓延燃烧特征。最后,13%含水率水稻被灼热引火源作用结束后形成的碳化圈大小表明,机械通风气调作用对于灼热源的引燃作用具有一定的抑制作用。     

隧道火灾拱顶附近烟气最高温度的研究

为了研究顶部开口的城市隧道在采用自然通风模式下的火灾特性,在已建成的隧道中设计并实施了全尺寸火灾试验,得到了隧道火灾自然通风模式下的拱顶附近烟气最高温度纵向变化数据。通过实验数据与理论预测结果对比的方法验证了H.Kurioka等人建立的隧道火羽流模型及其计算公式的可靠性,为市政公路隧道建设提供了科学依据,为隧道火灾的研究及其消防工作提供理论指导和有益借鉴。     

隧道口间紧急救援站防灾通风系统设置条件研究

为合理设置长大铁路隧道群紧急救援站的防灾通风系统,采用模型试验和数值模拟的方法研究不同隧道群洞口间距(明线段长度)条件下,列车火灾烟气对相邻隧道内环境的影响,得到无需设置防灾通风系统的洞口安全距离。研究结果表明:距火源点20 m以内,列车火灾烟气对温度、可视度影响严重,50 m以外基本无影响;考虑火源蔓延车厢的长度、火灾列车安全停车距离、烟气影响范围等因素,得出隧道口紧急救援站的洞口间距(明线段长度)大于250 m时,列车火灾烟气对隧道内环境几乎无影响,可不设置防灾通风系统;该间距小于250 m时,应设置防灾通风系统。     

车辆阻塞效应下隧道火灾烟气温度及烟气逆流长度变化规律研究

通过数值模拟方法对车辆阻塞效应下的隧道火灾烟气温度及烟气逆流长度的变化规律进行了研究。主要分两种车辆阻塞效应讨论:1辆设定大小车辆障碍物阻塞;2辆设定大小车辆障碍物阻塞,且在同一车道。通过改变火源高度、纵向通风速度探究了车辆阻塞效应下隧道火灾烟气温度及烟气逆流长度的变化规律。结果表明:两种车辆阻塞效应下,随着火源高度的升高,隧道内顶棚烟气温度的变化规律相同:随火源高度的升高而增大。2辆车辆阻塞下的隧道顶棚烟气温度略低;两种车辆阻塞效应下,随着火源高度的升高,隧道内烟气逆流长度的变化规律不同。1辆车辆阻塞下烟气逆流长度随火源高度的升高而增大,而2辆车辆阻塞效应下烟气逆流长度随火源高度的升高而减小。     

半敞开式隧道火灾模型设计相似性论证

半敞开式隧道是一种节约、环保的新型隧道,但能否满足隧道火灾时的防排烟要求,需要通过试验来验证,模型试验是解决该问题的一种途径。为保证半敞开式隧道火灾模型试验结果能够有效地应用到原型,根据相似原理,对该模型试验的相似性进行了论证。以某实体隧道为原型,通过理论分析和计算,确定以弗诺德相似准则作为研究隧道火灾烟气的主要相似准则,得到模型率的取值范围为大于1∶15。同时从试验条件和可操作性等方面考虑,选取合适的模型率。最终确定半敞开式隧道火灾模型的缩比例为1∶10。     

不同通风条件下柴油池火的实验研究

为了分析不同通风条件对柴油池火燃烧特性及引燃特性的影响,进行205 mm带水垫层柴油池火的引燃实验,通过对池火燃料的质量损失速率、火焰高度、温度及热辐射等的监测,分析通风环境中柴油池火的热传递规律。结果表明:当风速为0.5 m/s时,火灾进入旺盛阶段的时间提前,火焰平均温度最高;当风速为1 m/s时,风速的增加导致油池火的质量损失速率增加,位于主火源下风向的待引燃火源获得的热辐射通量增大,火灾旺盛阶段火焰的平均温度降低,火焰高度降低,下风向相邻油盘引燃的时间提前;1 m/s情况下,205 mm带水垫层柴油池火的安全间距需增加到1D以上;通风环境对池火发展及蔓延的影响是显著的,应适当加大下风向可燃物的安全间距,合理选择通风排烟风速,优化火灾应急救援策略。     

二郎山公路隧道火灾排烟及人车疏散应急方案研究

为了研究特长公路隧道火灾情况下的应急方案,根据二郎山公路隧道的实际情况,提出了2种控烟方案,并结合不同火源功率,利用FDS对该隧道发生火灾后的温度场、压力场和烟气流动情况等进行了模拟.通过对模拟结果的分析,找到了一种适合于该隧道火灾情况下的控烟方案,即从隧道两侧平行导洞同时向内送新风,从而在平行导洞内形成正压,以便抑制火灾烟气进入平行导洞,为人员等的安全疏散提供便利.最后结合此控烟方式,本着行人与车辆单独疏散的原则提出了具体的火灾排烟和人车疏散方案.