地下石油储备库施工期巷道式网络通风方案选择

大型地下洞库群施工期主要采用压入式通风或增设通风竖井来解决通风问题,但受施工通道尺寸限制无法增大风管供风,结果会导致通风恶化;竖井往往依靠经验或场地情况在洞库埋深较浅的位置设置,容易出现风网混乱、通风短路等问题。依托锦州地下石油储备工程,提出了适用于不同洞内外温差的竖井进风及排风方案,解决了施工中需要的通风量大、工作面多、污染量大等诸多问题。并基于CFD数值仿真,分析了洞库内CO及风速分布规律。结果表明,竖井进风及排风方案通风10 min后,洞库施工作业区域的CO质量浓度已基本降至安全质量浓度(30 mg/m~3)以下,能够满足安全快速施工的要求。由于竖井排风方案污风运移路径短,且在竖井自然排风及机械通风共同作用下,污风能够快速排出洞外,通风20 min后整个洞库的CO质量浓度基本降至安全质量浓度。若通风线路不超过2 km,则可采用在竖井底部/顶部布置轴流风机、引入新鲜风、洞内不布置射流风机或在风流转向处辅以射流风机的方式。合理有效地将新鲜风流引入主洞室是实施该竖井进风方案的关键所在,竖井底部的轴流风机布置位在距离竖井5 m的洞库中轴线上,其引流效率最高。温差越大,竖井自然通风效果相对越好,冬季利用竖井排风的通风效果要好于夏季利用竖井进风的通风方式。     

不同竖井送排风方式下半横向通风隧道火灾特性与烟气发展规律研究

通过三维数值模拟方法,用连续方程、动量方程和能量方程描述隧道内火灾发生时气流的流动状态.采用Reynold时均方程法的k-ξluent软件,模拟研究3种工况下,竖井送、排风方式对某越江公路隧道火灾中热烟气排出状况的影响.即开启下游竖井内轴流风机和射流风机,分别采取上游竖井送风、上游竖井风机关闭和上游竖井排风3种方案.分析隧道行车道和排烟道内热烟气的速度场和温度场.结果表明,前两种方案阻碍火源处热烟气自顶部风口进入排烟道,风口横向排烟不具备及时、有效的特点,从而使整个隧道内温度较高;上下游竖井同时排风时,气流以较快速度进入排烟道,且隧道内几乎未留下热烟气,因此共同排烟是合理方案.通过本文研究可较全面地了解半横向通风隧道火灾的特性和烟气发展规律,从而为火灾烟气的控制提供优化通风方案.     

隧道竖井外流场模拟及风塔外型结构优化研究

为提高长大隧道施工及运营通风过程中竖井通风效率,实现隧道节能通风。依托实际隧道工程,基于Fluent软件,选用RNG k-ε湍流模型,对无竖井风塔、圆柱风塔、矩形风塔和凸台状风塔4种结构、不同环境风速工况下的流场进行数值模拟,并对模拟结果进行交叉比对分析,提出最优化的竖井风塔结构形式。研究结果表明:采用风塔结构竖井出流量要远大于无风塔结构竖井出流量;对于不同竖井风塔外型结构,竖井出流量与环境风速关系呈多项式函数;当倾斜角为45°、圆心角为90°时,凸台结构对应竖井出流量最大,且受环境风影响波动较小,通风稳定性较好。建议竖井出口结构选用矩形或凸台状,实现对环境风的高效利用,提高竖井通风效率。     

地下车库火灾烟气扩散规律的数值计算与实验

为了准确预测火灾烟气运动情况,基于SGS湍流模型与大涡模拟相结合的方法预测地下车库中火灾烟气运动规律,采用简单化学反应模型处理地下车库中小汽车火灾的复杂燃烧过程,采用P-1模型计算烟气运动过程中的热辐射传递。设定了5种不同的计算工况,采用数值计算的方法得出火场烟气、温度分布情况;对其中的部分工况进行了实体火灾实验,并与计算结果相对比。研究结果表明:开启机械排烟比只依靠自然排烟时火场温度上升快,但是在稳定燃烧阶段温度相对较低;当火源功率为2MW时,仅依靠自然排烟时火场能见度为2m,当火源功率为4MW时,考虑机械排烟时火场能见度为10m,低于规定值;数值计算和实验结果一致性较好,说明采用的计算模型合理。     

中庭在大型地下商业建筑防火分隔中的应用

某大型地下商业建筑总建筑面积大于20,000m2,防火分隔设计超出现行防火规范的要求。提出一种利用采取强化防火措施的中庭对该地下商业建筑进行防火分隔的方案,并对若干最不利火灾场景进行了数值模拟分析,计算结果表明该防火分隔方案能够达到现行防火规范要求的分隔效果,即使在中庭消防设施失效条件下也可以防止火灾在不同区域之间蔓延。     

地铁侧式车站列车火灾排烟模拟研究

利用火灾动力学模拟方法,对地下一层地铁侧式车站列车火灾的烟气蔓延规律和排烟效果进行了模拟研究。首先生成了地铁车站的三维模型,基于通风排烟系统的事故运行方案,对列车火灾烟气扩散过程、气流组织模式和烟气参数进行了计算模拟。模拟表明：排烟系统启动后,中间隧道的两端向内形成了大于5m/s的流速,屏蔽门处流速为站台流入隧道,可有效阻碍烟气进入站台区域,烟气排放主要通过车站轨顶风口排放,烟气在500s左右进入站台,排烟系统有效减缓烟气在站台的下降时间,为列车内乘客疏散提供了可用的安全疏散时间。     

火灾时期矿山通风巷道“特征环”与“关键环”的分布特征研究

为研究火灾时期矿山通风巷道风流的流动特性,基于水平巷道及火灾的物理数学模型,采用数值分析方法,研究分析火灾时期巷道内紊流充分发展截面上“特征环”与“关键环”的分布规律。结果表明:同一火灾强度和同一通风风速下,通风巷道内风速“特征环”分布特征分别存在临界风速值和临界火灾强度值;矿井火灾时期,通风风速与火灾强度均是影响巷道内风速“特征环”分布的关键因素;当巷道内通风风速大于或等于5 m/s时,火灾下风流平均风速点的位置可由正常通风时期的“关键环”特征方程进行计算。     

纵向通风对隧道竖井排烟影响的模拟研究

通过开展小尺寸实验以及FDS数值模拟实验,研究纵向通风对不同高度竖井的排烟影响并确定最佳通风风速。通过分析纵向通风风速、竖井高度对吸穿现象、边界层分离的影响规律,讨论了吸穿现象的临界条件。小尺寸实验中纵向通风风速考虑了0.096 m/s、0.226 m/s、0.356 m/s、0.485 m/s、0.629 m/s五种工况,竖井高度考虑了0.133 m、0.2 m、0.333 m、0.533 m四种工况。实验结果表明:当纵向通风风速为0.096 m/s、0.226 m/s、0.356 m/s(对应实际风速0.37 m/s、0.87 m/s、1.38 m/s)时,可抑制吸穿现象,但烟气边界层分离现象随着风速的增加而加剧。吸穿现象临界判据F_(critical)=1.5在本文所测试的纵向通风条件下不再适用,但Ri′_(critical)=1.5依然适用。数值模拟结果表明:当竖井高度为1 m、1.5 m、2 m时,排烟量随纵向通风的增加而降低,而当其为3 m、4 m、5 m时,排烟量先上升后降低,在测试风速为1.5 m/s时达到最高值。     

某矿通风系统的改进与优化

通过对某矿通风系统现状分析和通风参数的测定,确认该矿井下通风系统存在的主要问题是：有效风量低,污风串联和污风循环严重,导致作业点通风效果差,部分作业地点空气中CO、NO2和CO2含量超过“GB16424-1996金属非金属地下矿山安全规程”规定标准;根据测定、分析和计算,结合该矿的实际情况,提出了改善矿山通风状况的多种可行性方案,并对这些方案采用计算机通风网络解算与优化,经方案比较,提出了井下通风系统改进与优化设计的最佳方案和通风系统的管理措施。     

建筑火灾时期人员密度对安全疏散时间的影响分析

在人员聚集的大型建筑物中,一旦发生火灾,受困人员能否在安全疏散时间内撤离火区,最大限度地减少火灾人员伤亡,一直是建筑火灾应急救援研究领域急待解决的重大课题.以地下商业街为例,应用群集疏散行为模型,对人员疏散时间进行了理论分析和计算.通过火灾时期人员密度变化对人员安全疏散时间的影响分析研究,合理确定了地下商业街火灾风险控制人员密度临界值为0.7人/m2,其研究成果对大型建筑物中的人员疏散设计也具有一定的指导意义.     

某地铁多层车站的防排烟系统设计及模拟研究

在分析地铁车站火灾烟控和乘客疏散要求的基础上,分析了地铁防排烟设计的基本思路和模式,结合某多层结构地下车站,给出了通风排烟系统的设计方案。利用模拟仿真的方法对通风排烟系统火灾事故情况下的运行效果进行了验证评估。计算表明,隧道烟控流速、楼扶梯开口流速、可用安全疏散时间等指标均可达到规范的要求。提出的设计方案和事故运行模式可提供作为一种地下车站通风排烟系统设计的模式。     

地铁多线换乘车站火灾模型实验研究—(2)十字换乘车站火灾

针对当前地铁十字换乘车站缺少火灾场景系统性分析和评估的问题,釆用1∶10的地铁多线换乘车站火灾实验模型,进行十字换乘车站的火灾场景设计和对应全尺寸火源热释放率0.91~2.60 MW的火灾实验,研究十字换乘车站内站厅及站台危险位置发生火灾时的优化排烟方案。结果表明:站厅一端火灾时,站厅排烟可确保中部换乘通道和站厅另一端楼梯及出口在起火6 min内不受烟气影响;站厅中部火灾时,采用站厅排烟能保障站厅两端楼梯及出口作为疏散通道的安全性。地下2层站台或地下3层站台一端楼梯口发生火灾时,采用站台排烟与站厅送风联动的模式可控制烟气在站台内的扩散范围,确保站台未起火楼梯和站厅层在起火6 min内能够作为安全疏散通道;仅采用站台排烟可以控制烟气在站台内水平方向的扩散,但在火源功率较大时烟气会通过换乘通道和楼梯进入站厅。通过模型实验验证十字换乘车站中采用站厅站台联合通风模式的有效性,并提出多种火源功率、通风模式下的烟气扩散范围和规律,为十字换乘车站的烟气控制模式优化提供了数据支撑。     

复杂火区条件下煤火圈划和火源位置探测方法及应用

应用同位素测氡法探测技术对老二井火区进行了精确探测,并结合数值插值技术对野外测氡数据进行相应处理,得成了火区氡测值等值线和火区高温火源位置分布等值线,进而区分了该火区东西测场内的温度异常区和燃烧区。分析结果表明,西区温度异常区总面积约255477m2,东区温度异常总面积约70370m2,为该矿区灭火方案的设计提供了科学依据,也可为国内同类问题的解决提供参考。     

纵向排烟与集中排烟下烟气控制效果的对比研究

以某特长公路隧道为研究背景,采用缩尺寸试验测试、数值模拟的方法分别对纵向排烟和集中排烟模式下隧道内火灾烟气的蔓延特性进行了研究,并对比分析了两种排烟系统在火灾工况下对烟气的控制效果。结果表明,纵向排烟模式将火灾烟气控制在火源下游并从隧道出口排出,高温烟气蔓延范围较长;集中排烟模式通过排烟阀将烟气抽离行车道,有效地控制了烟气蔓延和沉降,高温烟气维持在行车道的上部空间,主要通过竖井排出隧道。采用纵向排烟模式的坡度隧道烟气控制受烟囱效应影响较大,而在设置排烟道的坡度隧道中,将排烟阀开启进行自然排烟就能有效地减弱烟囱效应。因此,采用集中排烟模式的防灾安全性能要优于采用纵向排烟模式。     

综合管廊燃气舱结构形式对燃气爆炸超压的影响*

为研究地下综合管廊燃气舱结构形式对燃气爆炸超压的影响,采用数值模拟的方法,改变燃气舱高度,通风分区长度和局部开口大小,分析不同情况下的燃气爆炸超压变化规律。结果表明:冲击波传播速度随燃气舱高度的增加而减小,随着高度的增加,超压峰值曲线由“驼峰状”逐渐变为两端高中间低的“盆形”,爆炸过程产生的最大超压与高度成反比关系。超压峰值在340 m处接近0 kPa,延长通风分区并不会增加超压峰值,可以在考虑防火的要求下根据实际情况适当延长通风分区的长度。局部开口的存在使得爆炸气流能够自由泄压,超压峰值与开口的大小成反比关系。     

横通道通风对隧道火灾烟气蔓延影响的数值模拟研究

为探究隧道横通道通风对隧道火灾烟气蔓延的影响规律,使用火灾动力学模拟软件FDS,对不同火源位置的横通道临界风速、主隧道温度分布以及烟气层高度进行研究。研究结果表明：在一定火源功率范围内,隧道横通道临界风速与火源功率的1/3次方成正比且火源距横通道越远,临界风速越小;当火源位于交叉口,横通道使用临界风速通风时,隧道内烟气温度明显降低,烟气迅速沉降到2 m以下;当火源距离交叉口10,20 m,横通道通风会加快火源下游烟气沉降,烟气沉降速度随横通道通风速率的增大而增大;当火源位于交叉口时,烟气沉降由横通道通风对烟气的降温作用和涡旋作用共同主导,当火源位于距离交叉口10,20 m时,烟气沉降主要由涡旋作用主导。     

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。     

隧道受限火灾合理纵向通风风速范围研究*

为探究公路隧道不同受限程度火灾的适宜纵向通风风速,基于FDS模拟分析5种纵向通风速度下不同近壁距离火源顶棚下方烟气最高温度的分布特性、烟羽流倾角及烟气分层状况,提出合理纵向通风风速范围。研究结果表明:在隧道中心线上近火源下游,顶棚下方的最高温度沿纵向均呈指数衰减。不同贴壁距离和纵向通风风速下,均出现烟气分岔流动,随着贴壁距离减小羽流撞击处温升、火羽流偏移角显著增加。当风速小于1.6 m/s时,火源上游出现大量高温烟气回流;而当风速超过2.4 m/s时,分岔流动现象越明显,各偏移角变小,火源下游逐渐后移的烟气层严重失稳。因此,不同受限程度下火灾合理纵向风速为1.6~2.4 m/s。     

隧道火灾集中排烟模式下的排烟效率研究

排烟效率是衡量集中排烟火灾通风方案排烟效果的重要指标。为合理分析排烟效率的变化特性,结合某隧道集中排烟系统设计,借助CFD技术,对设置有排烟道的隧道进行了火灾烟气控制的模拟分析,研究了排烟阀开启个数、开口面积和设置间距对双向排烟和单向排烟两种集中排烟模式下不同排烟阀设置方案中总排烟效率和各个排烟阀的排烟效率的影响。结果表明,集中排烟模式可有效将火灾烟气排出隧道。当排烟阀对称开启时,双向排烟模式下,减少排烟阀开启个数,单个排烟阀的排烟效率升高,但总排烟效率降低;当开口面积较小时,增大面积,总排烟效率升高明显,继续增大开口面积时总排烟效率升高效果减弱;增大间距有利于隧道排烟。单向排烟模式下,当排烟阀开启个数较多或开口面积较大时,距离风机最远的排烟阀排烟效率降低,并出现烟流流出排烟道的现象,排烟阀失效,可考虑在非排烟侧开启少量排烟阀,增大间距,使总排烟效率升高。