火源横向位置对隧道火灾烟气分岔流动影响

当发生隧道火灾时,纵向通风方式常被用于人员疏散和排烟,而纵向风速较大时,烟气将发生分岔流动,导致烟气层整体性被破坏,对人员疏散造成威胁.火源横向位置对隧道火灾烟气流动有显著影响,通过数值模拟对不同火源横向位置时烟气分岔流动特性进行了研究.结果表明,随着火源向侧壁靠近,烟气由对称型分岔流动转变为不对称分岔流动.当火灾发生在侧壁附近时,烟气转变为"S"型流动.随着火源与侧壁间距的减小,分岔流动临界风速呈指数型增加.     

隧道内火焰顶棚射流最高温度的分布研究

为了在隧道内合理地设置火灾探测器及科学地确定探测参数,需要掌握火灾烟气最高温度的分布规律.采用地铁隧道列车火灾的1∶8缩尺模型实验和数值模拟计算,分析了火焰顶棚射流的最高温度在火焰上方和沿隧道纵向变化的规律.结果表明:常用的Alpert公式适用于纯烟气顶棚射流,但不适用于火焰顶棚射流.火焰顶棚射流的最高温度随着离开火源中心线距离的增加而减小,且在火焰撞击区内沿隧道纵向呈线性衰减趋势;而在火焰撞击区以外以幂函数形式衰减.通过对Albert公式的修正提出了隧道内火焰顶棚射流最高温度的新计算公式.     

车门状态对地铁车厢火灾烟气浓度的影响

利用FDS(Fire Dynamics Simulator)火灾动力学模拟软件对北京地铁B型车厢进行火灾模拟,得到车厢顶部烟气浓度随时间的变化规律.在不同火源类型、火源位置、送风口速度情况下,车门开启时车厢顶部各测点的烟气浓度均高于车门关闭时.车厢顶部烟气浓度随车厢送风口速度增大而减小.     

长大隧道排风口火灾烟气衰减速率分析

集中排烟隧道兼顾纵向通风和集中排烟等诸多优点,在长大隧道设计中应用广泛,如何掌握烟气在隧道内的衰减规律便于有效排烟是研究人员关注的重点。文章结合集中排烟隧道系统设计,针对50 MW大强度火灾,考虑两种火源位置,模拟预测不同送风风速v1、诱导风速v2组合工况下排风口位置烟气温度、浓度衰减规律。结果表明:火源上游排风口(1#)处烟气水平衰减系数随v1增大而减小,垂直衰减系数规律则相反,火源下游排风口(2#、3#)处烟气垂直衰减系数随v2增大而增大,水平衰减系数规律相反;各风口处烟气温度水平衰减系数大于浓度水平衰减系数,而垂直衰减系数小于浓度衰减系数,均与火源位置无关。     

火灾时隧道临界风速及内力模拟研究

摘 要：火灾时的烟气控制在隧道防火安全设计中占有很重要的地位,而临界风速即隧道火灾过程中能有效控制烟气于火源下风方向而不发生逆流的最小纵向风速,是隧道火灾烟气控制的关键。利用CFD数值模拟软件对公路隧道不同火灾工况的烟气扩散进行了数值模拟,并运用SAP2000分别计算了火灾时不同火源位置不同临界风速下钢筋混凝土隧道的内力大小。经过对比分析得出,适当增大其临界风速可有效地控制烟气流的扩散避免产生回流,同时也有利于减小高温下隧道结构损伤。     

水蒸气模拟巷道火灾烟气的相似理论与数值计算

为了准确地模拟火灾烟气的温度变化规律,以流体力学的相似理论为基础,首次提出采用过热水蒸气在空气中的运动模拟火灾产生的高温烟气在空气中的蔓延和热量传递过程,采用相似变换法推导了水蒸气模拟的相似准则数和相似比例关系;建立与实体巷道相似比例为1∶20的模型巷道,数值研究了自然通风条件下水蒸气的运动特性和温度演化情况.此外,利用自主搭建的水蒸气模拟实验系统,对数值计算结果进行了验证.研究表明:水蒸气运动和烟气运动都是由密度差引起的浮力作用驱动的,水蒸气流量和蒸气温度共同决定实际火源热释放速率;从水蒸气源到巷道顶棚,巷道内的温度逐渐衰减;出口水蒸气温度越高,温度衰减反而越快;水蒸气流量越大,温度衰减越慢.此外,巷道顶棚温度变化符合指数衰减模型,出口水蒸气温度对巷道顶棚纵向温度变化的影响较小;随着水蒸气流量的增大,顶棚温度衰减程度明显降低;从蒸气源到巷道顶棚,蒸气速度的变化经历了三个阶段;沿着顶棚方向,蒸气速度沿程不断减小,且在顶棚撞击点附近存在射流现象和速度损耗.     

走廊烟气填充的数值模拟研究

为了研究走廊火灾的烟气填充过程及其规律,运用FDS 4.0火灾动力学程序对全尺度走廊进行火灾烟气模拟.结果表明:烟气前锋与走廊尽头墙壁碰撞前,走廊尽头附近的烟气下降得最慢,而碰撞之后烟气下降得最快,7 S内下降到0.7 m的高度.走廊尽头聚集了较厚的烟气,且距离火源越远,烟气层越厚,逆流现象越明显.通过顶棚下温度分布的模拟结果与实验结果对比可知,两者有较好的吻合,误差在6℃以内.FDS可以应用于预测走廊火灾,同时也说明了本文模拟方法与模拟结果的可靠性.     

内廊式建筑火灾外部烟气蔓延规律

为了探究内廊式建筑火灾外部烟气蔓延规律,以某内廊式建筑为研究背景,通过数值模拟研究不同火源特征参数下外部烟气的形成机理及蔓延规律.研究发现：火灾前期,室内烟气会发生溢出形成外部烟气,在临近上层走廊重新进入室内,导致温度在短时间内显著增大,随后外部烟气逐渐减少,温度逐渐降低并保持稳定;当火灾规模较小时,火源位置变化对外部烟气蔓延的影响不显著,火灾规模较大时,火源位置存在明显的危险区段：火源处于该区段中,外部烟气的影响程度显著增大,在区段外影响程度较低,危险区段为距离通风口4.5~6.5 m;临界风速可以作为判断烟气是否溢出的有效判据,当室外补风气流速度大于临界风速时,烟气发生溢出形成外部烟气,反之则不会形成.     

横流作用下天然气火焰结构分区及热参数研究

集中排烟隧道具有纵向通风和集中排烟等优点。随着交通运输业的不断发展,集中排烟隧道已广泛应用于长大隧道设计中,隧道内火源局部热参数的变化规律研究一直是人们关注的焦点。文章基于集中排烟隧道系统设计,围绕火源局部热参数,针对天然气火灾,通过数值模拟研究,探索15种工况横流作用下火羽流轴线偏移轨迹、火焰结构分区及顶板下方烟气最大温升。结果表明:模拟火焰与自由火焰结构的分区规律类似,但分区转折点随火灾强度增大而减小;等效风速对火羽流轴线温升有显著影响;引入风速修正,回归整理可得到3个分区轴线温升的无量纲准则关联式;顶板下方烟气最大温升随等效风速增大而减小,且模拟结果与实验结果的变化规律具有相似性。     

基于数值模拟的铝合金防火涂料防火性能研究

以无尘洁净室为研究对象,模拟研究了典型火源位置下薄涂型防火涂料对铝合金框架结构的保护作用,分析了火灾烟气蔓延和铝合金框架温度变化情况,定性评估了涂料的防火隔热效果。结果表明：火源在洁净室中间时,火灾烟气沿顶棚迅速蔓延至两端,在火源达到最大热释放速率时,顶部约 1/3 面积的铝合金处在温度高于 80 ℃的烟气中。相同火灾场景下,喷涂防火涂料可以使火源正上方的铝型材温升减少 70 ~ 90 ℃,降低因高温造成的强度折减;侧面铝合金温度在有 / 无喷涂防火涂料时,温度变化幅度都不大,强度折减可以忽略。     

风口非对称布置排烟隧道耦合烟控参数CFD寻优分析

以上海某长大越江公路隧道为背景,针对三个大尺度风口非对称布置在火源两侧的特殊情况,借助经模型实验验证的CFD模拟,详细分析多种纵向风速、排烟量组合下,风口风量分配、排烟温度、烟气水平扩散距离等物理量的变化.进一步提出热烟气水平扩散不超过火源附近3个风口范围以及排烟量最小的排烟优化设计思路.借助CFD模拟通过反复计算比较,得到不同火灾热释放速率、隧道坡度、坡向变化下优化耦合烟控参数,并将优化结果整理得到适用于工程应用的无量纲准则关联式.     

坡度对隧道拱顶烟气最高温度影响的数值模拟与实验研究

为研究坡度及隧道通风状况对城市隧道拱顶最高温度的影响,本文通过数值模拟和实验研究等手段,对0~3 m/s纵向通风风速下,坡度为0~±5%的城市地下隧道内拱顶最高温度的分布进行了研究;通过数值模拟和实验研究验证了无坡度时、Kurioka隧道顶棚最高温度理论模型,同时提出了坡度存在时该模型的修正模型.     

隧道列车火灾的顶棚射流平均温度分布

列车着火并停留在隧道内时,容易产生夹带火焰的顶棚射流。通过建立列车中部着火时火焰顶棚射流的一维单元控制体模型,考虑火焰烟气与隧道壁面和列车壁面之间的换热,导出列车火灾火焰顶棚射流平均温度的迭代计算公式。并通过隧道列车火灾的1∶8缩尺模型实验和数值模拟计算,确定了迭代公式中的待定系数。由该公式经过迭代运算后得到的平均温度值与实测值吻合较好,最大误差不超过7%,验证了公式的可靠性。结果表明：列车上方和离开列车进入隧道的火焰顶棚射流的平均温度均沿隧道纵向呈指数形式变化,但变化的程度不同。通过分段拟合的方法,分别给出了两段顶棚射流的平均温度沿隧道纵向变化的预测公式。对隧道列车火灾的报警参数选择及装置设置、乘客安全疏散,以及分析火灾对隧道衬砌结构的破坏作用等均具有一定的参考价值。     

利用大涡模拟研究地铁区间火灾的烟气扩散

为了对地铁区间发生火灾的危险性进行评估和分析,建立数学模型并运用大涡模拟方法对具有代表性的北京地铁环线积水潭—鼓楼区间隧道在列车发生火灾情况下的烟气扩散情况进行研究.通过数值模拟研究得到了隧道内排烟风机不同开启状态下不同高度的烟气质量浓度的分布、烟气在隧道内的水平扩散距离和水平扩散速度.另外,通过对临界风速的计算和隧道风速的模拟来验证积鼓区间隧道排烟风机抑制烟气扩散的效果.研究结果表明,所安装隧道排烟风机在5MW火灾场景下可以使内环隧道风速达到临界风速要求,能够控制逃生路线上的烟气层安全高度.模拟结果可以为地铁区间隧道的改造及人员疏散方案提供相关参考.     

城市隧道火灾组合式排烟特性研究

通过1/20小尺寸模型实验对城市隧道火灾组合通风排烟方式下的排烟特性进行了研究.通过对不同纵向风速和不同排烟量下温度和烟气实验结果的分析,表明隧道的顶部排烟量越大,烟气层下降越慢,越有利于隧道内的人员疏散,但是排烟量的增大对降低隧道顶部温度效果不大.根据实验结果可知,对于组合通风方式下的隧道火灾,应先打开顶部排烟口进行排烟,然后开启火源上游风机进行纵向通风,纵向通风风速应控制在临界风速左右.     

长建筑通道内临界通风速度的实验研究

根据弗劳德准则使用了缩尺模型来研究纵向通风对长建筑通道内火灾烟气的影响．实验中通过燃烧天然气来模拟实际火灾,其功率为0．28～1.32kW．使用气体流量计计量天然气的使用量,用k型热电偶来测量通道内的温度分布,对不同热释放率下的临界通风速度进行了研究,结果表明,无量纲速度与无量纲热量的三分之一次方成正比．     

Model test to investigate failure mechanism and loading characteristics of shallow-bias tunnels with small clear distance

Based on the similarity theory,a tunnel excavation simulation testing system under typical unsymmetrical loading conditions was established.Using this system,the failure mechanism of surrounding rock of shallow-bias tunnels with small clear distance was analyzed along with the load characteristics.The results show that:1) The failure process of surrounding rock of shallow-bias tunnels with small clear distance consists of structural and stratum deformation induced by tunnel excavation; Microfracture surfaces are formed in the tunnel surrounding rock and extend deep into the rock mass in a larger density; Tensile cracking occurs in shallow position on the deep-buried side,with shear slip in deep rock mass.In the meantime,rapid deformation and slip take place on the shallow-buried side until the surrounding rocks totally collapse.The production and development of micro-fracture surfaces in the tunnel surrounding rock and tensile cracking in the shallow position on the deep-buried side represent the key stages of failure.2) The final failure mode is featured by an inverted conical fracture with tunnel arch as its top and the slope at tunnel entrance slope as its bottom.The range of failure on the deep-buried side is significantly larger than that on the shallow-buried side.Such difference becomes more prominent with the increasing bias angle.What distinguishes it from the "linear fracture surface" model is that the model proposed has a larger fracture angle on the two sides.Moreover,the bottom of the fracture is located at the springing line of tunnel arch.3) The total vertical load increases with bias angle.Compared with the existing methods,the unsymmetrical loading effect in measurement is more prominent.At last,countermeasures are proposed according to the analysis results: during engineering process,1) The surrounding rock mass on the deep-buried side should be reinforced apart from the tunnel surrounding rock for shallow-buried tunnels with small clear distance; moreover,the scope of consolidation should go beyond the midline of tunnel(along the direction of the top of slope) by 4 excavation spans of single tunnel.2) It is necessary to modify the load value of shallow-bias tunnels with small clear distance.     

公路隧道正交下穿边坡与软弱夹层围岩稳定性分析

为分析山岭地区公路隧道-正交体系下，围岩内含软弱夹层导致施工过程易发生衬砌变形开裂甚至隧道塌方等问题，以某隧道边坡拟扩建公路为工程背景，基于抗拉剪强度折减法理论，采用FLAC^3D有限差分软件，研究不同边坡坡度和隧道埋深对该隧道-边坡围岩稳定性和安全系数的变化规律。结果表明：随着边坡坡度的不断增大，围岩最大剪切应变数值和分布范围逐渐增大，塑性区范围不断增大，围岩稳定性安全系数不断减小。随着隧道埋深的增大，围岩最大剪切应变数值先增大再减小后增大，但剪切应变范围不断增大，塑性区范围不断增大，围岩稳定性安全系数呈现先减小再增大。当无软弱夹层时计算的安全系数最大，当存在软弱夹层时，采用非同步折减法理论计算的安全系数比同步折减法较高。     

不同入口流速下生物质锅炉尾部烟气凝结的数值研究

生物质燃料燃烧后所产生的烟气中含有大量的水蒸气, 在锅炉尾部添加冷凝换热器回收冷凝热可以有效提高系统热效率。选用的生物质燃料烟气中水蒸气的体积分数为27.9%, 基于Mixture模型并选用Lee模型作为冷凝传质模型对尾部烟气凝结的传热传质特性进行了数值模拟研究。假设流动为稳态, 湍流模型采用标准k－ε模型, 求解选用Simple算法, 研究了烟气侧不同入口流速下(1~4 m/s)温度场、流场及液态水体积分数的变化规律, 对翅片管换热器的表面传热系数及换热量进行了对比分析。计算结果表明, 随着入口流速的增加, 烟气出口温度逐渐升高, 壁面凝结速率不断增大, 而冷凝水量逐渐减少, 同时翅片管换热器的表面传热系数及换热量逐渐增加。