地铁区间列车火灾烟气特性及控制策略的数值模拟

为了探究火灾发生后风机启动时间对地铁区间烟气控制的影响,现以内径为5.5m圆形盾构地铁区间隧道为研究对象,采用数值模拟方法研究不同火源功率(5、7.5、10 MW)下隧道内烟气的温度分布,分析了4种火灾工况下隧道顶部最高温度值以及出现位置,研究了风机延迟启动时间对隧道内烟气温度分布的影响。结果表明,隧道顶部最高温度随火源功率增大而增高;纵向通风风速会造成隧道顶部最高烟气温度区域向通风方向偏移,但随着火源功率增加,排烟风速的影响会逐渐减弱;延迟启动风机会破坏烟气层的稳定性,导致烟气沉降到列车的车厢位置,从而会影响乘客安全疏散。     

区间隧道列车开门方式对烟气蔓延的影响

建立地铁区间隧道模型,利用数值模拟对列车火灾采用侧向疏散平台疏散时,三种典型车门开启方式下的烟气蔓延规律及温度分布进行分析比较。结果表明:自然通风条件下,火灾发展前期,仅列车端侧车门打开进行侧向平台疏散时车厢端部温度更低,疏散平台处温度分层更明显,随着时间增加,火源附近人眼高度处的温度急剧下降;以大于临界风速的风速进行纵向通风时,仅列车端侧车门打开时车厢内温度从火源处向两端平稳降低,为最佳开门方式。     

地铁隧道火灾模拟及人员疏散研究

利用FDS软件,设置的火源强度为7.5 MW的火灾,模拟火灾发生在隧道中点及疏散通道A口附近的条件下,地铁隧道内3种不同通风风速对人员疏散的影响。将疏散通道口处人眼特征高度的烟气能见度、温度和CO浓度到达临界指标的时间作为可用疏散时间,再通过经验公式计算所需安全疏散时间,判定疏散的安全性。结果表明,列车和火源均在隧道中部时,人员均能够安全疏散;列车在隧道中部,而火源在进风口一侧时,只有在无风条件下人员能够安全疏散。     

高海拔隧道全尺寸火灾烟气及温度场特征试验研究

通过对海拔为4100m的高海拔隧道进行全尺寸火灾试验,揭示高海拔隧道火灾烟气下沉及温度场变化特征。试验采用三种不同尺寸火源(0.8m2、1.0m2、2.0m2),对隧道火灾烟气蔓延特征、火区最高温度、隧道拱顶纵向温度分布进行研究。试验研究结果表明：隧道火灾试验初期及燃烧稳定阶段,火源附近隧道上层烟气与下层冷空气分界明显,火灾后期烟气下沉严重;较小风速有利于高海拔隧道小规模火灾烟气逆流层纵向和垂向蔓延的控制。隧道火灾温度场研究表明：隧道火灾温升速率随火源热释放率增大而增加;火源附近20m范围内温度衰减速率较快,远火源区域隧道拱顶纵向温度衰减较慢,趋于平缓;通过对火源上方拱顶烟气温度分析,发现隧道火灾探测采用差温报警模式较定温报警模式更加有效,并得出10℃/min的温升速率可基本满足高海拔隧道小规模火灾的初期报警;隧道拱顶纵向温度分布规律导致火源远场烟气下沉严重而近火源区域烟气层化较好的特征。高海拔隧道火灾温度分布特性试验研究,可为高海拔隧道火灾动力特性研究提供依据,为高海拔隧道人员疏散逃生提供指导及建议。     

高海拔双向行车公路隧道火灾控烟风速研究

雀儿山隧道为高海拔双向行车公路隧道,发生火灾后需要兼顾火灾点两侧人员的疏散,烟气控制较单向行车隧道复杂。采用FDS软件对雀儿山隧道进行火灾三维数值模拟,研究了高海拔双向行车公路隧道火灾时的烟气流动规律和能见度分布规律。研究结果表明:高海拔隧道火灾烟气流动比低海拔隧道速度快;纵坡隧道发生火灾时,若不采取任何控烟措施,烟流在火风压效应的作用下会从高洞口排出,而烟流沿下坡方向的蔓延距离仅在10 m左右,火灾烟气沿火灾点两侧蔓延极不对称;当隧道高洞口控制风速过大或横通道内控制风速过小时,易出现烟气蔓延对称性不佳或烟气窜入横通道,故二者应合理取值;当隧道高洞口施加0.5 m/s的风速、横通道施加1.0 m/s的风速时,烟气在火灾点两侧基本呈对称蔓延,且火灾两侧的能见度也基本对称;建议类似于依托工程的单洞双向行车公路隧道火灾疏散救援阶段,隧道高洞口风速控制在0.5 m/s左右、横通道内风速控制在1.0 m/s左右,以利于人员逃生。     

纵向通风与竖井自然排烟下隧道火灾烟气特性实验研究

中国逐渐发展成为世界上隧道和地下工程最多的国 家,其长隧道数量和长度跻身世界前列。据统计,火灾中85%的 人员死亡是由热烟气造成的,目前隧道中采用较为广泛的排烟系 统有纵向排烟系统、集中排烟系统和横向排烟系统,而针对长隧道 来说,我国广泛采用的是竖井式纵向通风,因此,研究纵向通风与 竖井排烟综合效应下隧道火灾烟气流动特性及温度分布规律具有 重要意义。本文建立了1：10 缩尺寸竖井隧道模型,主隧道长度 16.5 m,宽度1.3 m,高度0.65 m;竖井通过排烟横通道与主隧道 连接,排烟横通道设置在主隧道侧面中部,尺寸为1.2 m 长、0.6 m 宽、0.4 m 高;竖井横截面为半径0.6 m 的1/4 圆,高4.6 m。在 竖井隧道模型中开展了一系列油池火实验,选取2 种方形燃烧池 （20 cm×20 cm、23 cm×23 cm）作为火源,设置2 个纵向火源位置 （位置A：火源中心线与排烟横通道中心线距离0.375 m;位置B： 火源中心线与排烟横通道中心线距离1.375 m）,7 种纵向通风风 速（0,0.18,0.27,0.35,0.44,0.52,0.69 m/s）,定量分析不同工 况下温度分布及烟气逆流长度。研究结果表明：当无纵向通风时, 火焰与隧道地板垂直,且呈轴对称形态;当有纵向通风时,火焰向 下游偏移,且纵向通风风速越大,火焰向下游偏移越明显;当纵向 通风风速为0 m/s 时,由于竖井的存在,火源上、下游两侧烟气温 度分布并非对称,火源下游（竖井侧）烟气温度下降速度较快,与单 洞隧道烟气温度分布明显不同;随纵向通风风速增加,烟气逆流长 度和烟气温度减小,而最大温度偏移距离整体呈增加趋势;当无量 纲纵向通风风速v′＜0.19 时,主隧道最大温升△Tmax 与Q2/3/ Hef 5/3 呈正比,而当无量纲纵向通风风速v′＞0.19 时,主隧道最大 温升△Tmax 与Q? /(vb1/3Hef 5/3)呈正比,但常数系数均小于Li 等预 测模型中的常数系数;竖井隧道内无量纲纵向烟气温度分布符合 Fan 和Ji 等建立的纵向温度衰减模型,衰减系数k′在1.36~1.63 范围内变化,但其值明显大于单洞隧道纵向温度衰减系数k′;另 外,当火源位于位置A 时,最大烟气温度低于火源位于位置B 时 的最大烟气温度,无量纲纵向烟气温度衰减速度慢于火源位于位 置B 时衰减速度。     

隧道火灾自然通风最不利火源位置的研究

为了确定排烟系统设计参数和更好地保障人员安全疏散,开展1∶20的缩尺模型试验,研究隧道内6种不同火源位置、4种火源热释放率的火灾对隧道纵向烟气温度分布的影响,通过对火源段烟气温度的分析确定自然通风条件下隧道火灾最不利火源位置。结果表明:火源外边缘位于孔口内侧时,不同火源位置对火源段的烟气温度影响不大;火源外边缘越过孔口内侧壁时,火源段内的烟气温度显著下降;火源最不利位置为火源外边缘位于孔口内侧壁正下方。     

通风对竖井型隧道火灾烟气特性影响试验研究

通过隧道火灾模型试验,研究纵向通风对竖井排烟效果及隧道内纵向烟气温度分布的影响。试验考虑不同火源热释放速率和纵向风速。结果表明：纵向风速对正庚烷池火热释放速率存在影响,对于较小正庚烷池火（≤11 cm）,火源热释放速率基本不随纵向风速而改变;对于较大正庚烷池火（≥14 cm）,火源热释放率随风速的增加先降低后基本保持恒定。此外,当隧道内风速较小时,竖井内烟气附壁排出,竖井后方烟气温度较低,控烟效果较好;当隧道内风速较大时,竖井内烟气出现边界分离,竖井后方温度升高,烟气蔓延距离增加,竖井排烟效果较差。因此,建议当竖井型隧道内发生火灾时,应尽量采用自然通风或较低的内部通风,避免较高风速。     

单洞双向公路隧道火灾人员疏散救援研究

为了研究单洞双向公路隧道在发生火灾时隧道内部人员的逃生问题,首先结合PHOENICS计算软件建立了某特长单洞双向隧道的计算模型,其次参考实际情况选取了5 MW、20 MW及30 MW下的共计27种火灾计算工况,通过计算得出了火灾的烟雾场、温度场、CO、能见度以及控制风速的情况。进一步结合以上研究成果,并借助于Pathfinder人员疏散软件,以Crane修正模型及FED死亡模型为基础,同时以“高温CO”叠加伤害为原则,进一步从上述27种工况中选取10种典型计算工况对人员的疏散逃生情况进行了分析研究。研究得出:对于火灾规模为20 MW时,在交通堵塞的情况下人员能够在613.5 s内安全疏散,且无人员死亡;当火灾规模为30 MW时,在交通堵塞的情况下,主隧道纵向通风风速为1.0 m/s和2.0 m/s时,人员不能安全疏散,主隧道纵向通风风速为3 m/s时,人员能安全疏散,但疏散速度最慢的人员安全性难以保证,故建议30 MW火灾下主隧道的纵向通风风速应大于3 m/s。     

区间隧道火灾临界风速和温度特性

为了研究地铁区间隧道火灾临界风速和温度变化规律,建立了西安某地铁站区间隧道模型,采用FDS模拟软件对不同纵向通风条件下烟气流动和温度分布进行模拟。介绍模型的基本参数,根据Froude相似性原理建立了各个燃烧参数的相似性关系。利用FDS模拟不同火灾功率、不同通风速度时的温度和烟气速度分布。对比分析5、6、7、8、9、10 MW火灾功率下的临界风速变规律化并提出预测模型。结果表明:纵向通风风速设为3m/s时对防止9 MW以下的火源功率火灾烟气回流效果明显;热释放速率不大于10 MW时,隧道火灾中烟气温度不大于250℃,火源下风侧烟气流动速度不大于4 m/s。     

海底特长隧道利用横通道控烟技术研究

摘 要：为了解决特长海底隧道发生火灾时的排烟问题,提出利用服务通道和联络横通道辅助送风的通风方案。利用火灾动力学模拟软件（FDS）,建立隧道火灾通风模型,通过研究通风排烟时服务隧道内补风量与横通道开启数量对火灾烟气的控制效果,确定通风系统的技术参数。结果表明：火灾发生时,事故隧道内纵向通风风速2 m/s,同时开启火源上游3 个横通道,并在服务隧道两端各施加1.3 m/s 纵向通风风速,既可将烟气控制在火源一侧,同时不影响人员安全疏散,其控烟效果与通风网络解算结果一致。采用横通道辅助送风的通风方案,控制特长海底隧道内火灾烟气蔓延是具有理论可行性的。     

隧道火灾状况下利用联络通道疏散人群的可行性研究

利用PHOENICS模拟了两种纵向风速下隧道内火灾烟气的发展情况，分析了人员疏散方向离火源点不同距离处烟气的温度和浓度分布。提出了利用联络通道来疏散部分人群的方法，得出了使联络通道内无烟的纵向通风速度，为提出全面的地铁区问隧道火灾人员疏散模式提供有益参考。     

纵向通风与侧壁开口竖井自然排烟协同作用下烟气运动模拟

为探究山岭隧道火灾烟气运移特性,采用数值模拟的方法,选取两种典型火源功率(20 MW及50 MW),分析不同纵向风速下火源位置对隧道顶棚下方沿程温度分布规律、烟气运移速率及竖井内烟气质量流量的影响规律.研究结果表明,纵向风速低于3m/s时,不同火源位置时,火源上游沿程温度均随纵向风速增加逐渐降低,而下游沿程温度随纵向风...     

长大铁路隧道火灾模型试验与防灾救援研究

结合模型试验和数值模拟的方法,对不同通风风速和火灾规模条件下的隧道温度场和烟气场规律进行了研究,总结了温度沿隧道纵向的分布规律、温度随时间变化的规律、烟气浓度沿纵向的分布规律、烟气浓度随时间的变化规律等,并且使用STEPS软件对火灾发生后人员的逃离疏散模型进行计算。通过研究,建议将8 min(480 s)作为疏散时间的上限参考值,且一般长大铁路隧道需设置定点救援通道,以9条,60 m间距为宜。     

上海长江隧道火灾疏散救援措施研究

以上海长江隧道为研究对象,首先利用smartfire软件(CFD软件)和building EXODUS软件(疏散模拟软件)对上海长江隧道的疏散排烟系统在正常运营和阻塞两种工况下的安全性进行了评估,发现在正常运营工况下发生火灾时隧道内人员可以安全疏散,但是在阻塞工况下发生火灾时火源下游人员并不能全部安全疏散。然后提出了上海长江隧道火灾时的疏散救援相关措施和建议,特别是对于阻塞工况下发生火灾时,建议在适当减小纵向风速的同时引导部分火源下游的健康成年人朝次近逃生口疏散。     

公路隧道中临界风速数值模拟研究

利用性能化防火设计的思想,结合工程算例,运用模型实验和数值模拟的方法对公路隧道火灾进行研究。实验验证隧道中存在烟气逆流现象;数值模拟得到不同火源功率下相应的临界风速:火灾功率为5、20、100 MW时,临界风速分别为4.0~4.5、6.0~6.51、0.0~10.5 m/s。研究发现,隧道内的临界风速与燃烧强度有关;当纵向通风速度等于临界风速时,不会发生逆流现象,有利于火源上风区域的人员逃生和消防救援工作的开展。     

相对风速对高铁车厢火灾烟流及温度分布的影响

为探究相对风速对高速列车车厢火灾烟流及温度分布的影响,利用PyroSim建立我国复兴号某型二等座车厢火灾数值计算模型。在着火后3 min关闭外端门条件下,研究车窗破裂状态及不同的相对风速对车厢火灾烟流及温度分布的影响,评估火灾作用下高架桥列车运行的安全性。结果表明：对于人为砸碎应急逃生窗的情况,无论是形成单侧开口还是对流开口,对客室内部整体温度没有明显影响,火灾初期车厢火势主要向逃生窗破裂一侧蔓延;随着相对风速的增加,车厢走道温度降低,烟气抵达两侧客室端门的时间延长;在火灾初期,相对风速的增加对两侧通过台的冷却和排烟作用较为明显,缩小了危险区的范围;50 s前火源点附近很小范围为轻危险区,大致在（-2,2） m,车厢走道大多处在安全区,是人员逃生的最佳时段,综合考虑人员疏散及火势的蔓延情况,提出列车车厢发生火灾后安全运行速度为40 km/h。     

基于PyroSim的不同曲率弯曲隧道火灾特性研究

为探究弯曲隧道的火灾特性,研究曲率对弯曲隧道火灾烟气蔓延的影响规律,使用火灾动力学模拟软件PyroSim,对不同曲率弯曲隧道的临界风速、温度分布、烟气蔓延规律及顶棚温度衰减规律进行研究。结果表明：在同一火源功率和火源位置的情况下,临界风速与隧道曲率呈正相关性;由于壁面沿程阻力的特殊性,弯曲隧道内高温烟气在隧道内侧的传播速度更快,并且随着火灾持续时间增加,隧道两侧烟气传播速度的差距增大;火灾的顶棚温度衰减与曲率呈正相关,给出了曲率为0.6%、0.5%、0.3%、0.25%、0.14%的顶棚温度衰减预测模型。     

纵向通风对隧道火灾烟气扩散的影响研究

为研究纵向通风对火灾及烟气蔓延的影响,搭建了缩尺寸隧道火灾试验台,分析隧道内拱顶温度及火焰倾斜角随风速和火源功率变化的一般规律。研究结果表明:在同一火源功率作用下,隧道内顶棚温度随着纵向通风速度的增加而降低;火焰的倾斜角随风速的增大而增大;火焰的倾斜程度与火源功率有关;火焰向下游偏斜加大了火焰触及下游可燃物的可能性;实验结果与Kurioka模型符合较好。     

不同火源功率下地下环道火羽流运动机理研究

为研究地下环道不同火源功率下火羽流卷吸特性机理,采用数值模拟结合理论分析,设置9个典型火灾场景,定量分析火羽流温度场、烟羽流高度变化等卷吸特性。得出结论认为,火源功率对温度场影响最大,对烟气层高度影响较小;火源位于主干隧道火灾危险性最高,该位置发生火灾时不同火源功率下的温度、烟气层高度均达到人员疏散危险值。研究可补充现有受限空间的火灾动力学理论,为地下受限空间烟气控制、人员疏散及火灾综合防治提供理论依据。