聚集用火下热探测器响应温度的研究

为得出聚集用火下建筑物天花板平面热探测器响应温度的计算公式,采用PyroSim 2015软件进行建模,在模型天花板平面内设置一系列的热电偶代替热探测器监测温度变化,在热释放速率（HRR）分别为1,5,10,20,30 kW和天花板高度分别为3,5,7 m的条件下进行15次数值模拟,对模拟结果数据分析、处理及拟合。研究表明:羽流中心线处温度远高于其他位置;羽流中心线处响应温度随着天花板高度的升高而降低,且与HRR存在显著的二次函数关系;其他位置处响应温度随着天花板高度的升高而降低,随着到羽流中心线距离的增大而降低,且与HRR和到羽流中心线的距离存在显著的二次函数关系。结合室内全年最高温度及补偿温度,建立出聚集用火下热探测器响应温度的计算公式。     

地下换乘大厅火灾烟气温度分布研究

为合理设置城市综合交通枢纽地下换乘大厅排烟口高度,基于Froude准则,搭建比例为1∶10的地下换乘大厅机械排烟-补风试验平台。利用平台和数值模拟方法,试验研究地下换乘大厅火灾烟气在3种不同热释放速率(HRR)及4种不同排烟量条件下的温度分布,并探究排烟口高度的5个数值所对应的排烟效率。结果表明:HRR是影响地下换乘大厅烟气温度的主要因素,HRR越高,顶棚烟气温度越高;排烟口高度对大空间排烟效率影响较小;烟气竖向温度分布在6 m高度处出现明显分层现象,就净空高度为10 m的换乘大厅而言,排烟口宜设置于顶棚以下2~3 m处,此工况下排烟效率较高。     

矿井巷道火灾烟流逆退数值模拟及临界风速研究

为了研究矿井发生火灾后高温烟流的蔓延规律及影响因素,利用COMSOL软件对火区进行数值模拟,建立巷道三维模型,得到火区风流速度与温度分布。通过改变边界条件,分析火风压作用下,火区烟气在不同控制风速、巷道条件作用下蔓延规律,得出不同因素与临界风速的关系,为选取合理的火灾控制风速提供理论依据。研究结果表明:火源温度一定时,巷道入口风速越低,火源下风侧高温烟流越靠近巷道顶部,随着风速增大,向巷道下部蔓延;风速较低时,在火区火风压的作用下,会产生烟流逆退现象,随着风速的增大,逆流层长度和厚度随之减小;巷道入口通风条件不变时,火区温度越高越容易产生烟流的逆退,影响范围越大;巷道高度越高、上行风坡度越小,越易发生逆退现象;不同影响因素与巷道平均温度不成正比关系,其中下行风坡度5~15°时巷道平均温度较高且易于发生烟流滚退现象,影响范围较大;火源温度、巷道条件与临界风速的数据拟合结果对预测巷道的临界风速有较好的参考价值。     

障碍物对天然气喷射火影响的数值模拟研究

为研究障碍物控制天然气喷射火对周围设施危害的有效性,基于流体力学基本原理与湍流模型,采用FDS模拟软件,分别研究高度为10 m的障碍物宽度和障碍物与泄漏孔间距对喷射火的影响。研究得出:障碍物对喷射火阻挡效果明显,减缓了火焰在速度方向的传播;障碍物越宽,控制火焰向前传播的效果越好,障碍物后方受火焰高温和热辐射危害越小,但随着宽度的增加,后方温度和热辐射下降率减小,障碍物宽3 m时,对火焰控制效果最好;随着障碍物与泄漏孔间距增加,障碍物后方热辐射先增加后减小,间距为5 m时,障碍物对火焰的控制效果最好,此时喷射火下游受保护的区域最宽。研究结果可为储气罐发生泄漏火灾事故处置及应急设施设计提供参考。     

喷淋与火羽流相互作用的数值模拟

采用CFD软件FDS,对小室木垛火灾在喷淋情况下火羽流与喷淋的相互作用进行了数值模拟分析,重点比较了喷淋压力分别为0.05 MPa、0.1 MPa、0.2 MPa和无喷淋情况下木垛火源热释放速率的变化以及火羽流附近几个关键点的温度变化.结果表明,对于热释放速率为0.5 MW的木垛火源,压力为0.05 MPa和0.1 MPa的喷淋液滴无法穿透火羽流到达火源,对热释放速率影响很小;而压力为0.2 MPa的喷淋液滴则可穿透火羽流.在火源中心线竖向高度上,存在着喷淋与羽流相互作用的临界面.在临界面以上,温度沿竖向高度降低,喷淋动量大于羽流动量; 在临界面以下,温度沿竖向高度升高,羽流动量大于喷淋动量.在火源邻近位置的不同竖向高度上,存在着温度转折点.在转折点以下,温度沿竖向高度几乎不变或变化很小;在转折点以上,温度沿竖向高度升高.     

通风对综合管廊内电缆燃烧及火蔓延过程影响的数值模拟研究

综合管廊内电缆的火灾燃烧特性一直被国内外学者所关注,然而目前关于通风对电缆燃烧及火蔓延过程影响的研究相对较少。在通风系统的作用下,电缆内部及外部温度分布、热解气体浓度与无通风情况相比有很大的差异,电缆的燃烧及火蔓延过程将会更为复杂。为了研究通风作用下综合管廊内单根电缆的燃烧过程,采用FDS对15 kV交联聚乙烯绝缘铜芯电缆的火蔓延过程开展了数值模拟。通过分析不同风速条件下的电缆火焰形态、各层材料温度、火蔓延长度和热释放速率(HRR)曲线,详细研究了通风速度对综合管廊内单根电缆燃烧及火蔓延过程的影响。结果表明当通风速度不超过2 m/s时,通风能够促进电缆燃烧,电缆表面存在气相火焰,其火蔓延长度、热释放速率峰值等不断增加,此时综合管廊内火灾危险性不断增大;当风速大于等于3 m/s时,通风抑制了电缆燃烧,电缆的火蔓延长度、热释放速率峰值随之迅速降低,电缆PVC层、XLPE层温升的原因是线芯对绝缘材料的热传导,电缆的火灾危险性也随之减小。     

不同边沿高度油池火燃烧行为的实验和数值模拟研究

采用实验和FDS数值模拟相结合的方法,探讨了边沿高度对油池火燃烧特性的影响。在实验部分,研究了燃烧速率和表观火焰高度随边沿高度的变化趋势,并分别分析了各个阶段的热反馈机制。在实验获得不同尺度、边沿高度正庚烷油池火燃烧速率的前提下,建立相应尺度的不同边沿高度油池火的Fire Dynamics Simulator(FDS)计算模型以针对火焰高度进行了数值模拟研究,分析了实际火焰高度、火焰下探高度随边沿高度的变化趋势,并提出了相关的无量纲拟合式。     

基于FDS的天然气集气站分离器喷射火特性仿真研究

天然气集气站火灾事故对集气站安全生产构成严重威胁,研究集气站内关键设备泄漏引发的火灾特性具有重要意义.基于大涡模拟(Large Eddy Simulation)数值方法,针对分离器内介质成分、相态等参数特殊性,采用火灾动力学模拟软件FDS建立集气站卧式气液分离器喷射火模型,对分离器典型泄漏孔径下的喷射火进行数值仿真,研究其火焰几何特性、火场温度及热辐射特性.结果表明,随分离器泄漏孔径的增大,喷射火火焰长度及火焰最大宽度也相应增大.大、小两泄漏孔径的喷射火在充分燃烧区域火焰最高温度分别为1 525 ℃和1 065 ℃.大孔径泄漏的喷射火热辐射值明显高于小孔径,并由于湍流浓度脉动的作用导致热辐射值波动较大,喷射火火焰轴向对称面与相距1.5 m的侧平面上测点热辐射峰值之比与泄漏孔径成正比.根据模拟结果,定量分析了两泄漏孔径下喷射火的危险距离,并提出相应的事故控制措施.     

泄漏原油水面池火燃烧特性试验研究

为解决使用就地燃烧法(ISB)处理海面溢油时,燃烧效率低,除油效果不理想的问题,使用轻质原油在宽阔水面油池火试验装置中开展小尺度模拟试验。首先,设计宽阔水面油池火试验装置模拟就地燃烧处理过程;然后,测量火焰高度、系统温度和燃烧残渣质量;最后,研究不同油池直径和初始油层厚度下平均火焰高度的变化。结果表明:宽阔水面油池火的燃烧可以分为4个阶段;热波传递是沸溢产生的主要原因;燃烧效率与油层厚度呈正相关。     

挑檐抑制PMMA竖直火蔓延数值模拟研究

应用FDS数值模拟软件,建立PMMA竖直火蔓延模型,通过改变防火挑檐长度和宽度,设计一系列工况,对比分析挑檐长度、宽度以及宽长比对竖直火蔓延的影响。结果表明当挑檐长度为临界值时,随宽度的增加,挑檐上方壁面温度与热释放速率均逐渐降低;挑檐宽度为临界值时,随长度的增加,挑檐上方壁面温度与热释放速率逐渐降低;挑檐长度较长时,有效阻火的挑檐宽度随长度的增加而逐渐减小,最后固定不变,最终建立了防火挑檐的临界点与热释放速率的无量纲模型。     

航站楼公共区的实体试验与模拟试验研究

机场航站楼公共区存在的各类火灾荷载不仅加剧了火灾隐患，还由于各自不同的燃烧特点给相关研究增加了难度。通过对商铺货架、书店书架、值机普通座和商务桌椅开展实体燃烧试验，并采用火灾动态模拟器(Fire Dynamic Simulation, FDS)进行全尺寸建模和数值模拟，分析火灾荷载类型、燃烧过程和温度的相关性，通过统计分析软件对比实体试验与模拟试验的燃烧过程、温度、热释放速率(Heat Release Rate, HRR)等参数的差异及原因。结果表明，HRR与O₂/CO₂释放率均会对温度产生显著影响，导致模拟后期的温度比实体试验的更低。火灾荷载类型会影响实体试验的HRR和温度，而实体试验和模拟试验测得的温度均与燃烧过程的HRR呈显著正相关性，O₂/CO₂释放率也会影响模拟试验的HRR和温度。通过O₂/CO₂释放率的参数赋值，可提高FDS模拟结果的准确度。     

基于FDS的风扇舱双油池火温度变化特征

航空发动机燃油泄漏形成的油池火威胁发动机运行和飞机安全,为描述风扇舱内油池火复杂的物理传播过程,开展双油池火温度变化特征的研究。首先,基于火灾动力学模拟软件(FDS)建立CFM56-7B发动机风扇舱物理计算模型;然后,比较Trent 800发动机风扇舱单油池火温度计算值与试验值,验证网格独立性;最后,借助探测器和切片分析舱内双油池火的发展过程和温度变化特征。结果表明：双油池火温度在舱内环向上经历增加和振荡准稳态2个变化阶段,其变化幅度与探测器和油池的间距相关;油池火向左偏斜现象导致左半边温度较高;火焰在轴向上经历火羽流上浮、火焰开始融合、融合扩大和完全融合等阶段。     

密闭储罐内填充非金属多孔材料后预混可燃气体火焰传播的数值模拟

采用商业软件Fluent 6.3建立了二维的多孔介质中湍流燃烧模型,对密闭储罐内多孔介质中丙烷-空气预混燃烧进行数值模拟。结果表明:火焰在空爆时比在填充多孔材料后发展的快得多,空爆时表压数量级为106,而填充多孔材料后表压数量级为104,说明此非金属多孔材料有很好的阻火性能和抑爆性能;且多孔材料的平均孔径越小,其阻火防爆性能越好。     

大空间建筑烟气填充研究方法的对比

为了对大空间建筑烟气填充研究方法进行对比分析。以一个废弃的大空间仓库为研究对象,采用了全尺寸火灾实验、计算机数值模拟和理论分析相互应用验证的研究方法,研究理论及数值模拟两种火灾烟气层高度的描述方法的准确性。结果表明当采用t2火模型时,在与现实的吻合程度方面,数值模拟〉Zukoski理论模型〉Yamana-Tanaka理论模型;随着火灾的不断发展,相对误差逐渐增大。通过对比分析发现,全尺寸实验、理论模型和数值模拟三种方法相互验证可以更好地保证研究的准确性;总结得到了两种与现实较吻合的描述烟气层高度的理论方法,并且提出减小误差应注意的几点事项,包括尽可能提高火源热释放速率、烟气层温度描述的准确性;不考虑火源热量通过建筑边界结构散失等。     

纵向通风隧道内火灾温度场分布规律研究

以狮子洋水下特长隧道为工程背景,利用CFD数值模拟软件FDS 4.01,建立隧道实体物理模型,进行火灾数值模拟分析。研究了列车火灾热释放功率为15 MW、不同坡度、不同纵向通风风速下,该类隧道内拱顶附近和2 m高处温度场的纵向分布规律,以及各工况下拱顶的最高温度,并分析其对隧道结构防火和人员疏散救援的影响。结果表明:随隧道坡度的增大,在同一通风速率下的烟气回流长度逐渐减小,但随着风速的加大,坡度对烟气回流的影响逐渐减弱;随着通风风速的增大,火区附近的温度下降,而沿程温度上升,纵向通风速率越大,拱顶温度越低。     

钢制药筒装药的烤燃实验与数值模拟研究

以122mm钢制药筒装药为研究对象,开展了不同热通量下钢制药筒装药烤燃实验及数值模拟研究。以石膏粉替代发射药,通过烤燃实验研究了122mm钢制药筒内置石膏粉在不同热通量下的温升曲线、温升过程中的最高温度点及其达到发射药热点火温度的时间,并与数值模拟结果对比,得到一定程度上符合较好的结果。通过对数值模拟模型及结果的合理性分析,对122mm钢制药筒内置9/7发射药在不同热通量下的烤燃情况进行了数值模拟,得到不同热通量下钢制药筒装药的燃爆点、燃爆温度及燃爆时间,并得到燃爆温度及燃爆时间与环境热通量的关系,以其为参考,对弹药的日常储运安全及消防安全具有一定的指导意义。     

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。     

热障效应对有顶步行街自然排烟的影响

为了研究热障效应对有顶商业步行街自然排烟的影响,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对不同高度及不同环境温度条件下有顶商业步行街自然排烟时顶棚附近的温度、能见度以及排烟效率进行了分析。结果表明:顶棚附近环境温度越高,自然排烟效果越差,自然排烟效率随顶棚热空气温度的升高呈现线性降低趋势;步行街高度越高,竖直方向的温度差越小,到达顶棚的烟气流速越小,排烟效率越低;当顶棚附近环境温度为45℃时,有顶商业步行街高度不宜超过35 m。     

不同变质程度煤燃烧特性参数试验研究

为获得不同煤种火区瓦斯爆炸数值模拟基础参数,用热重试验方法确定不同变质程度煤燃烧阶段温度范围,通过管式炉程序升温和气相色谱仪分析气体成分,得到了煤燃烧耗氧速率、气体生成速率和放热强度与温度之间的关系。结果表明:褐煤、气煤、焦煤、贫煤燃烧阶段温度分别为247~433℃,279~542℃,313~574℃,365~594℃;随着温度升高,耗氧速率、CO,CO_2生成速率、放热强度与温度之间均符合高斯(Gauss Amp)曲线模型;随着变质程度增加,耗氧速率与CO生成速率升高,CO_2生成速率与放热强度降低;耗氧速率与放热强度呈线性增加关系,煤的变质程度越高,变化趋势越平缓。     

极端温度下帐篷内部热环境适应性实验及模拟研究*

为揭示民用救灾帐篷热环境适应性变化规律,通过大尺度环境气候舱构建高温与低温环境,采用Ansys Fluent商用软件代码进行仿真验证,并对帐篷蓬围结构和内部热环境分布变化规律进行实验与数值模拟。研究结果表明:使用大尺度环境舱直接进行模拟帐篷内外热环境变化可行,其内部热环境变化规律与实验基本一致;帐篷特殊的篷围结构导致高温环境下帐篷内部温度高于外界,帐内人员头部和脚部温差可达5 ℃,低温环境下帐篷同一高度横向区域温度对称分布,在中心区域温度较低,边缘和中心温差近8 ℃。