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。     

超高海拔隧道火灾燃烧与烟气温度现场模型试验研究

随着我国川藏铁路和高原公路的不断修建,超高海拔地区“三低”环境特征将对高原隧道火灾燃烧和烟气扩散特性产生严重影响。文章采用移动模型隧道火灾试验平台对成都平原、海拔3544m、4103m超高海拔山区在相同油盘尺寸和燃料体积条件下,火灾燃烧和烟气温度分布进行现场试验研究。研究结果表明：随着海拔高度的增加,火灾热释放率和火源区拱顶温度不断下降,燃烧时间明显增长;与平原地区相同火灾规模相比,超高海拔隧道火源区拱顶温度略有下降;超高海拔地区拱顶纵向温度衰减速率显著低于平原地区,火灾高温烟气热浮升力效应在超高海拔隧道内更突出。     

高海拔隧道火灾烟气及温度场数值模拟研究

采用FDS建立典型双车道公路隧道,对海拔高度为500、4000 m的公路隧道发生火灾时的烟气蔓延特征及温度分布规律进行数值模拟分析,以得到低压、低温、低氧含量等高海拔环境对公路隧道火灾发展的影响规律.结果表明:相比较平原地区隧道,高海拔地区公路隧道火灾烟气最高温度更低,火焰高度更高,且近火源区的拱顶最高温度升温速度明显...     

地铁长区间隧道火灾双点排烟烟气分布特性

基于1∶20缩尺模型隧道,设置4种风口尺寸、3种火源热释放速率,改变排烟量,设计33个工况研究地铁长区间隧道火灾双点排烟的顶部烟气温度分布特性与烟气流动特性。实验发现,地铁长区间隧道火灾顶部烟气温度随着与火源之间的距离的增大而减小,在排烟风口处烟气温度突然下降;烟气温度随着火源热释放率的增大而增大,排烟口尺寸和排烟体积流量对隧道顶部烟气温度的影响不大。火灾中,应将烟气控制在火源段,保证非火源段烟气排净。     

火源高度对隧道烟气温度及质量流量影响研究

由于隧道发生火灾后实际的燃烧面要高于隧道地面,距离隧道拱顶也越近,因此对隧道的危害也越大。通过CFD数值模拟软件进行了一系列不同火源功率的全尺寸数值计算,研究了火源高度对隧道内温度分布及烟气质量流量的影响。研究发现:火源高度对拱顶温度分布有着明显的影响,火源高度越高,火源附近温度衰减越慢;在远离火源的地方,不同火源高度的拱顶温度衰减相差不大,考虑火源高度后拱顶温度衰减略慢于没有考虑火源高度。火源高度及火源功率对一维蔓延阶段的烟气质量流量有影响,考虑火源高度后烟气质量流量要明显小于火源位于隧道地面的情形,但随着火源功率增大,它们之间的区别越来越小。考虑火源高度后相同火源功率下烟气分层高度显著提高,而人体耐受温度位置变化不大。     

自然排烟有效性对扁平空间烟气层的影响

针对采用自然排烟方式的扁平空间建筑火灾,采用1∶20缩尺寸模型,研究不同排烟失效模式、火源功率和火源位置等因素对烟气层特性的影响。使用天平记录燃料质量变化并计算火源功率,采用热电偶采集顶棚下烟气层温度数据,研究扁平空间顶棚低温区和高温区的分布特性。试验表明:各工况下燃料质量损失速率变化不大;火源靠近壁面时,高温烟气区占比减少;排烟口和补风口的多种失效模式对扁平空间火灾的顶棚烟气层分布特征影响较小。     

海拔高度对公路隧道火灾烟气分布特性影响研究

高海拔地区存在大气压力低、空气密度小、含氧量低等特点,对公路隧道火灾燃烧和烟气扩散的影响与平原地区隧道有显著差异。为了得到不同海拔高度条件下公路隧道内火灾烟气扩散特性和温度场分布规律,依托米拉山高海拔特长隧道,采用FDS计算软件,对海拔0~ 6 km范围内不同海拔高度的隧道火灾进行三维数值模拟计算。分析不同海拔高度条件下火灾烟气逆流长度、隧道拱顶温度、距地面1.8 m高度处温度分布、隧道竖向温度分布等主要参数。研究结果表明:随着海拔高度的增加,火源上游区域烟气逆流长度不断减小,烟气逆流长度与海拔高度大致呈线性关系,海拔6 km情况下烟气逆流长度为平原地区的57%;与平原地区隧道相比,高海拔地区隧道火源上游区域温度较低,火源下游区域温度较高,高海拔隧道火源下游区域烟气温度降低幅度较大;火源下游区域,高海拔地区隧道竖向温度增长较快。     

实体隧道火灾温度分布试验研究

建立实体隧道火灾现场试验系统及数据采集系统,通过在岩门界隧道开展的实体隧道火灾试验,测试了不同通风模式、不同火灾工况下隧道火源上、下游不同断面处的温度变化及隧道拱顶的温度变化。试验结果表明,与车行方向相同的1.8m/s机械通风能在一定程度上延缓烟气蔓延;有与车行方向相反的自然风时,火源下游温度较低,最高温度出现在火源上游;有机械通风时,温度随风向、风速而变化。     

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。     

隧道火灾集中排烟下不同排烟风量分配时温度场分布规律研究

火灾时隧道内的最高温度和温度场的分布是衡量火灾烟气控制效果的主要指标,两端双向排烟是集中排烟系统主要的排烟方式之一。为了获取并分析隧道火灾时集中排烟模式下两端按不同比例风量分配时隧道内温度场分布规律,本文结合某长大公路隧道防排烟工程实际,采用流体动力学分析软件FDS,建立了隧道数值分析模型,对火源分别位于排烟阀打开段中部和排烟阀打开段1/3处时,采用两端双向并按不同排烟风量分配排烟时的温度场进行研究,探讨两端双向排烟各种工况下隧道内拱顶处、顶隔板下方和离地面2 m高度处温度分布规律,以获取更为全面的隧道火灾集中排烟下不同排烟风量分配时温度场分布特征,为长大公路隧道的防排烟设计提供技术支持。     

单洞双线隧道火灾疏散时临界风速实验研究

以青岛崂山隧道为研究对象,搭建中尺寸单洞双线隧道实验平台,研究了列车发生火灾时,不同纵向风速对烟气扩散和人员疏散的影响。实验结果表明,单洞双线隧道发生火灾时,火源上方隧道顶棚区域附近温度最高并向两侧呈递减分布;垂直方向,火源两侧的烟气温度从上至下呈递减分布;在隧道发生火灾时能实现列车人员安全疏散的临界纵向风速为3 m/s。     

喷淋水幕抑制化工聚集区火灾效果研究

为了揭示不同工况下喷淋水幕对化工聚集区火灾抑制效果影响规律,建立了FDS数值模型,通过改变单一变量分别模拟水幕开合状态、不同水幕排数、不同水幕喷头高度下火灾发展过程,分析不同工况条件下火源温度变化规律和烟气蔓延规律。结果表明：喷淋水幕开启后,位于储罐上方及水幕帘后的测点温度峰值同比下降19%及36%,可有效抑制高温烟气层蔓延;双排水幕帘相比单排水幕帘在抑制火源温度及烟气蔓延更具成效;初始喷头高度5.8 m时,相比其他高度在降低温度、加速烟气沉降方面更具优势。     

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。     

火灾下城际铁路隧道温度分布规律研究

结合某铁路隧道工程实例,采用数值模拟分析方法对火灾时隧道内部温度分布进行研究。设计6种工况,分析不同通风排烟方式及列车运行或停止情况下隧道的温度分布规律,得出不同工况下隧道拱顶、侧墙及隧道断面的最高温度分布规律,分析研究火灾对隧道结构的破坏情况。结果表明,隧道内的温度分布受列车运行速度的影响较为明显;当送风排烟速度不低于临界风速时,热烟气对隧道衬砌结构基本没有影响。     

空气幕对隧道火灾烟气蔓延影响数值模拟

设置火源功率为20 MW的公交车起火的火灾场景,利用FDS模拟的方法对比分析有、无空气幕时隧道内火灾烟气蔓延情况,包括烟气浓度、温度、能见度和流速等参数的变化,研究空气幕对隧道火灾烟气蔓延特性的影响。结果表明,火源两侧设有出口射流方向朝下、射流速度为15 m/s的空气幕时,火灾烟气可较好地受控于这两个空气幕形成的区域内。     

有坡度隧道火灾温度场分布规律研究

搭建坡度隧道火灾缩尺寸试验台,试验研究不同风速、不同坡度下烟气在隧道中的蔓延规律,并与Fluent数值模拟结果进行对比。结果表明,在自然通风状态下,热烟气的蔓延速度将随隧道坡度增大而加快;机械通风状态下,火源附近温度较自然通风工况高,远离火源区域的顶部较自然通风工况低;Fluent的数值模拟结果与试验结果大致相同,证明了数值模拟结果的有效性。     

无纵向通风曲线隧道和直线隧道火灾烟气特性数值模拟

基于数值模拟的方法,采用PyroSim 软件搭建半径分别为250、300、400、500、600 m 的曲线隧道模型及长度为130.8 m 的直线模型,模拟隧道火灾发生后无纵向通风时的烟气运动,对比分析两种模型中心线上不同高度的烟气温度。模拟分析得到：火灾前期,直线模型中烟气蔓延时基本关于隧道中心线对称,而曲线模型中烟气运动时在上游偏向凹壁下游偏向凸壁;达到稳定状态时,直线模型中火源正上方温度高于曲线模型,无论近火源区还是远火源区,直线模型温度纵向分布关于火源位置均具有很好的对称性,而曲线模型中表现为近火源区波动较大,远火源区温度衰减梯度大于直线模型,1.6 m 高度上游温度衰减梯度大于下游;提出曲线模型中顶棚温度纵向衰减指数模型。     

相向射流与竖井作用下的隧道烟气分层稳定性研究

开展相似试验,研究相向射流与竖井协同作用下,公路隧道火灾烟气分层稳定性与火源功率、相向射流风速及测点位置之间的关联关系。试验设计了3组共50个工况,分析了不同工况下不同位置处的火灾烟气分层稳定性。试验结果表明：上下游风速差值越小,火灾烟气分层越稳定,上下游风速差值越大,火灾烟气层越紊乱。相向射流风速相同,火源功率对火灾烟气分层稳定性并无明显影响。由于热浮力、射流及竖井抽吸作用力之间的相互作用,不同位置处火灾烟气分层稳定性呈现出差异性。     

基于烟气蔓延的相邻隧道纵向间距确定

借助于理论分析和数值模拟方法,对城市地下道路发生火灾时,火灾在隧道出口的扩散特性进行了研究,并借助烟气的扩散距离探讨了城市地下道路相邻隧道间的安全间距。研究结果表明:当起火隧道内无烟气控制,烟气在隧道出口自由蔓延时,烟气蔓延到下游隧道的可能性极小。当火源上游施加临界风速,设计火灾小于30 MW时,为避免上游烟气扩散到下游隧道,城市地下道路相邻隧道间的间距可设置为大于100 m。     

细水雾在公路隧道内火灾控制性能研究

建立隧道模型,改变火源功率、火源位置、细水雾喷头个数、雾滴直径等参数设置火灾工况,研究细水雾对城市公路隧道火灾的控制性能。研究结果表明,细水雾具有良好的降温隔热效果,能较好阻止火灾烟气的扩散。火源靠近隧道侧壁时细水雾降温效果略差于火源位于隧道地面中心时;喷头压力越大,喷雾粒径越小,与烟气的接触面越大,吸热蒸发效率越高,降温效果越好。