隧道横向偏置火源顶棚温度纵向分布特性研究

为研究隧道横向火源位置对隧道顶棚温度沿纵向分布过程的影响,采用数值模拟与全尺寸模型实验相结合的方法,分析3 种火源功率多种横向偏移位置火源燃烧产生的顶棚温升与对应中心火源工况沿隧道纵向不同位置的温度分布特性。结果表明：对于多种横向偏置火源位置,火源所处纵向的顶棚温升衰减仍可用指数形式描述,越靠近隧道侧壁,温升衰减速度越快。火源与横向中心的偏距和纵向距离的耦合影响对温升衰减规律可以用相对独立的公式形式进行描述。火源功率越大,不同偏距火源下影响温升纵向衰减的范围越小。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

城市V形坡隧道火灾最高温度数值模拟

采用FDS 数值模拟方法,对V 形坡隧道火灾时烟气运动特性及隧道纵向中心线上温度分布情况进行研究,并提出不同火灾位置时顶板最大温升参数经验预测模型。结果表明,火源位于变坡点右侧120 m 时,隧道纵向中心线峰值温度点向下游偏移,偏移距离随坡度的增加而增加,隧道顶板最高温度随坡度的增加而减小。通过推导无量纲火源位置与变坡点距离不同时的最大温升参数预测模型得出,无量纲最大温升参数随无量纲火源位置的增大而增大、与无量纲热释放速率的0.8 次幂成正比,且与隧道坡度呈非线性非单调关系。     

纵向通风下隧道长度对临界风速的影响分析

临界风速可有效控制烟气蔓延,是隧道防灾通风重要参数。为分析隧道长度对临界风速的影响,采用量纲分析法构建临界风速与隧道长度关系公式,并分别在5 MW和30 MW火源热释放速率下,对不同长度隧道的火灾进行数值模拟以量化研究隧道长度对临界风速的影响。结果表明,隧道长度对临界风速具有影响,且不同火源释放速率时影响也有所不同:无量纲火源热释放速率小于0.15时,临界风速随隧道长度增大呈现1/41次方增长关系;无量纲火源热释放速率高于0.15时,临界风速随隧道长度增大呈现1/25次方增长关系。进而建立了考虑隧道长度的无量纲临界风速计算公式。     

城市Ⅴ形坡隧道火灾最高温度数值模拟

采用FDS数值模拟方法,对Ⅴ形坡隧道火灾时烟气运动特性及隧道纵向中心线上温度分布情况进行研究,并提出不同火灾位置时顶板最大温升参数经验预测模型。结果表明,火源位于变坡点右侧120 m时,隧道纵向中心线峰值温度点向下游偏移,偏移距离随坡度的增加而增加,隧道顶板最高温度随坡度的增加而减小。通过推导无量纲火源位置与变坡点距离不同时的最大温升参数预测模型得出,无量纲最大温升参数随无量纲火源位置的增大而增大、与无量纲热释放速率的0.8次幂成正比,且与隧道坡度呈非线性非单调关系。     

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。     

烟囱效应下山岭隧道火风压特性模拟研究

为探究山岭隧道火灾模式下竖井内火风压的变化特性,采用数值模拟方法,选取火灾发生在竖井附近及远离竖井时的烟气流动特性为研究对象,分析烟气在纵向通风作用下竖井内火风压的变化规律。研究表明：与传统斜坡隧道火灾不同,由于烟气涡流影响,竖井内火风压在纵向通风作用下均呈现非单调的变化趋势,故隧道火风压理论模型不能直接用于竖井内火风压预测;竖井内火风压随纵向风速从0 m/s 增大至3.5 m/s 时呈现逐渐增加趋势,最大差值约为40 Pa;火源靠近竖井时比远离竖井时,竖井内火风压更大,纵向无风时,两者最大差值约为25 Pa。     

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。     

Experimental studies on fire-induced buoyant smoke temperature distribution along tunnel ceiling

Twelve tests were conducted to study the distribution of smoke temperature along the tunnel ceiling in the one-dimensional spreading phase, two tests in a large-scale tunnel and the other ten in full scale vehicular tunnels. The fire size and the height above the floor, the tunnel section geometry and longitudinal ventilation velocity varied in these tests. Experimental results showed that when the fire size was larger, the smoke temperature below the ceiling was higher, but it decayed faster while traveling down the tunnel. The longitudinal ventilation velocity seemed to take much influence on the smoke temperature decay speed downstream. A “barrier effect” was shown for the smoke temperature distribution of the upstream back layering. The smoke temperatures measured were higher upstream than downstream before the “barrier”, and were much lower and decreased faster along the tunnel ceiling after the “barrier”. The temperature and the traveling velocity of the upstream smoke flow decreased largely when the longitudinal ventilation velocity increased a bit. The dimensionless excess smoke temperature distributions along the tunnel ceiling in all tests fell into good exponential decay. But the decay speed along the tunnel seemed to be much larger in the large-scale tunnel than that in full-scale tunnels. The measured data on ceiling jet temperature decay along the tunnel was compared with predictions of Delichatsios's model, a model built based on small-scale tests, with hydraulic diameter introduced. Results showed that Delichatsisos’ model over estimated the decay speed of ceiling jet temperature for the downstream flow. However, good agreement was achieved between the measured data and the model predictions for the upstream back layering. All the experimental data presented in this paper can be further applied for verification of numerical models, bench-scale results and building new models on ceiling jet temperature distribution.     

Numerical studies on evaluation of smoke control system of underground metro rail transport system in India having jet injection system: A case study

The rail based urban transport system is being developed for national capital of India, New Delhi. The smoke control using ventilation in case of fire inside the tunnel, similar to Delhi Metro corridor has been investigated using computational fluid dynamics technique. A section of tunnel having dimensions 400 m long, 5.5 m wide and 6 m high is considered for simulation. The analysis has been carried out by assuming a variable fire source with a peak heat release rate (HRR) of 16 MW, located at the center of the tunnel. Ventilation ducts are located in the ceiling near the tunnel portals and are inclined at 10 degrees to the plane of the ceiling through which fans discharge air. The influence of the fire HRR curve slope on the smoke flow dynamics in a realistic tunnel model fitted with jet injection type longitudinal ventilation system has been investigated. In case of fire two cases are studied: (1) fans activated immediately after detection, (2) fans activated at delayed times to take into account the response time for the fans to achieve its maximum speed. The velocity of supply and exhaust fans necessary to remove smoke in 30 s from the upstream direction is determined. The velocities of fan required to produce desired critical velocity in the longitudinal direction for different HRR of fire is predicted.     

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。     

考虑人员逃生公路隧道火灾控制风速研究

公路隧道火灾人员逃生与控制风速关系密切。本研究基于PHOENICS软件,建立了矩形、圆形及马蹄形断面下二、三及四车道9种计算模型,选取了大客车(20 MW)及无载重货车(30 MW)2种火源释放率, 选取了2.0 m/s、2.5 m/s、3.0 m/s、3.5 m/s及4.0 m/s的入口风速共计40种主要常见火灾工况,考虑了纵向通风对人体极限温度承受值的影响,采用了杨涛修正的动态火源释放率曲线及周勇狄修正的克拉尼公式,选用了适当的人员逃生条件,给出了每种工况8个特征时刻的10个特征点的温度值及曲线图,给出了燃烧5 min、12 min、30 min后火源处的纵横断面温度云图及中轴面烟气云图,给出了对应于火源燃烧位置上下游8个特征位置下人员逃生的忍受时间与逃离时间。研究得出:在基于人员逃生条件下矩形断面隧道在火源释放率为20 MW时二车道控制风速为3.0 m/s,三、四车道均为2.5 m/s;30 MW时二、三、四车道控制风速均为3.5 m/s,圆形与马蹄形断面隧道在火源释放率为20 MW时二、三、四车道控制风速均为3.5 m/s,30 MW时二车道控制风速均为4.0 m/s,三、四车道均为3.5 m/s。在火灾发生1 min后,人员以1 m/s从火源上下游进行疏散均可安全逃生。     

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。     

大纵坡双向行车公路隧道火灾控制风速研究

城万二级公路白芷山隧道和八台山隧道为双向行车的大纵坡公路隧道,火灾后烟流控制难。采用火灾动力学计算软件FDS对其进行了火灾三维数值模拟,分析了仅火风压作用及0.5 m/s、1 m/s和-0.5 m/s控制风速作用下的烟流扩散和能见度的分布规律。结果表明:在大纵坡隧道中,火灾后仅靠火灾效应能引起火灾烟流的流动,其流动的规律是烟流从火源点流向高洞口方向,火灾烟流能完全从高洞口排出,而烟流向火源点下坡方向的蔓延距离仅在100 m左右;当风速为0.5 m/s时,烟流在火源两侧基本呈对称状蔓延;下坡方向的隧道中的烟流也因风速较小,产生的扰动比较小,这种烟流控制是最为合理,有利于灾害情况下逃生。因此,建议将白芷山隧道和八台山隧道的火灾控制风速取为0.5 m/s左右,且该速度应为自然风速、火风压引起的风速和风机提供风速的合速度。