公路隧道火灾时纵向通风排烟下临界风速问题探讨

烟气回流(Back-Layering)是隧道火灾在纵向风作用下的一种特殊烟气蔓延现象,抑制烟气逆流的临界风速一直是隧道火灾研究的一个热点。本文在分析国内外对纵向通风排烟下临界风速问题研究现状和规范规定的基础上,通过数值模拟和缩尺寸模型试验对临界风速与隧道坡度的关系进行研究,对它们的结果进行对比分析,为公路隧道火灾时纵向通风排烟管理提供参考。     

实体隧道火灾温度与烟气分布试验研究

建立实体隧道火灾现场试验系统及数据采集系统,在实体火灾实验下测试不同工况下的温度分布及烟气沉降.通过分析不同工况的实验结果,比较了不同工况对人员疏散的影响.实验表明,较大的纵向风速虽有利于隧道降温,但会对人员疏散造成较大的影响,在实际通风时应采用合适的通风策略.     

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.     

在交通拥堵的隧道火灾中纵向通风的合理送风风速研究

通过数值模拟手段对纵向通风时隧道内的烟气扩散特性进行研究,探讨较低风速时,针对不同火源功率、不同风速作用下,火源上、下游烟气的分层特性及温度分布特性,并在此基础上探讨纵向排烟在拥堵的交通隧道中应用的可能性.研究结果表明:如果起火初期隧道内以较低的纵向风速送风,保证上、下游烟气分层的存在,则纵向通风可用于交通拥堵的隧道.火源功率为5 MW时,该风速约为1.0 m/s;火源功率为20 MW时,较适宜的风速为1.0～1.5 m/s;火源功率为30 MW时,较适宜的风速为1.5 m/s左右.火源功率较大时,应尽早将火源下游附近的人员疏散,以确保安全.     

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。     

水平隧道火灾通风纵向临界风速模型

火灾时的烟气控制在隧道防火安全设计中占有很重要的位置,为此通过1/20小尺寸模型实验和全尺寸现场试验对水平隧道火灾通风纵向临界风速进行了研究.根据隧道全尺寸试验和小尺寸实验研究结果,并结合Jae等的小尺寸实验结果以及胡隆华的全尺寸试验和数值模拟结果,建立了水平隧道火灾通风纵向临界风速的预测模型.将模型得到的预测结果跟基于气体火源的实验结果进行对比,结果表明Wu和Barker通过气体火源小尺寸实验所建立的模型预测值偏低.     

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.     

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.     

一个新的水平隧道火灾烟气逆流层长度模型研究

对前期实验获得的纵向通风隧道火灾烟气逆流层长度的实验数据以及其他研究者所发表的3组实验数据进行了综合分析,总结出了3条关于烟气逆流层长度随火源释热速率和通风风速变化规律的定性描述.据此构造了不同的回归模型,对上述4组数据进行了多元非线性回归.得到了一个关于纵向通风隧道火灾烟气逆流层长度的经验公式,该公式完全满足前述的3条定性规律,并较已知经验公式更好地与实验数据相符合.     

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。     

大风速下火源横向位置对缓坡隧道烟气特性的影响

隧道火灾中,火源位置往往是不固定的。对于具有一定坡度的隧道,由于其特殊的建筑结构,一旦发生火灾,造成的危害相比其他类型的火灾要大得多。本文基于FDS软件对缓坡隧道进行了模拟分析计算,研究火源横向位置对隧道顶棚烟气分布、人体平均身高1.6 m处烟气速度流场矢量分布和顶棚烟气沿程温降分布规律的影响,并且与水平隧道的数值模拟结果对比分析。结果显示:隧道内顶棚烟气随火源与隧道壁距离的减小,由V型对称运动转为不对称的S型运动,火源一侧的流场趋势由正S型变为反S型,缓坡隧道较为明显,顶棚烟气温度沿出风口均是呈指数型减小,温降系数随火源与隧道壁距离的减小而增大,顶棚低温区逐渐向隧道壁靠近且范围逐渐增大,水平隧道的低温区范围比缓坡隧道要大。     

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。     

高层建筑“走廊-前室缓冲区”防火效果的数值分析

在高层建筑火灾研究中,随着前室正压送风研究的深入,发现其存在着一些缺陷。于是提出在走廊段设置＂走廊-前室缓冲区＂的方式来改善传统正压送风模式。采用Fire Dynamic Simulation（FDS）场模拟软件模拟长廊型高层建筑模型。设置8组工况进行分析,比较各种工况下烟气的温度分布,浓度分布,并通过模拟设计出最佳的参数值。结果显示,在一定范围内,当排烟量为定值,空气幕射流速越低且正压送风越高时越好;当空气幕为定值,缓冲区机械排烟口排烟量越低越好。比较发现工况4参数最佳,其机械效率也是最高为74.06%。从而说明前室加压送风,缓冲区防烟空气幕与机械排烟组合的搭配能够较好的体现出＂走廊-前室缓冲区＂思想,能够更好的便于火灾时人员疏散,并且提供较高的排烟效率,保证走廊内烟气的及时排出。     

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．     

高层建筑地下汽车库机械通风与排烟系统选用方案探讨

根据最新的汽车库设计规范，对地下汽车库通风排烟的几种可行方式进行了比较，考虑节能和通风排烟的需求，提出用双速风机方案满足高峰和非高峰时的排风要求，并采用适当的控制转换兼用于机械排烟，使两者联合使用达到最优。     

热压与风机动力共同作用下多分支隧道内排烟气流的多解性

多分支隧道的排烟与补风路径较多,热压与风机动力的竞争可能造成其通风排烟模式具有多解性。针对某一多分支隧道的防排烟工况,利用理论分析建立了各种气流模式的控制方程,通过数学方法获得了理论解。结果证明,在按照预期设计选定通风排烟模式与风机以后,多分支隧道内的排烟气流仍然可能存在多种状态,风机的运行工况点也会随之漂移,导致排烟方向可能与设计预期完全相反。研究还发现,通过改变风机选型能起到抑制排烟气流出现多解的作用。     

基于CFD模拟的烟气在吸烟室中的扩散状态研究

以吸烟室为研究对象,基于CFD模拟与步进电机实验相结合,对烟气在吸烟室中的扩散进行数值模拟,并通过P IV实验测量烟气速度进行模型验证,相对误差在25％以内.最终,得到了不同送排风方式、不同烟气源量、不同新风速度下的室内烟气速度和CO质量分数分布.结果表明:侧送上排是更加有效的净化室内烟气的送排风方式;吸烟室内不同高度...