列车阻塞效应下铁路隧道火灾临界风速研究

针对现有临界风速研究较少考虑隧道内阻塞物或仅讨论隧道内存在小阻塞物的情况,以某一铁路隧道为研究对象,构建铁路隧道列车火灾数值计算模型,分析列车阻塞对铁路隧道临界风速的影响。研究结果表明：无阻塞情况下,本文数值模拟结果与Li模型的吻合度较高;随着阻塞比增加,临界风速呈下降趋势。基于模拟数据分析,修正了临界风速下降率ε和隧道阻塞比φ的对应关系,得到隧道列车火灾临界风速理论模型,并利用已有的隧道火灾实验数据及CFD模拟结果验证了模型的可靠性。     

水平弧形公路隧道临界风速研究

采用FDS建立弧形隧道火灾模型,对模型进行模拟计算,结合Wu&Bakar的临界风速预测模型和计算观测数据,应用MATLAB拟合工具箱建立弧形隧道的临界风速模型。利用该模型预测重庆市某公路隧道在发生火灾情况下的临界风速,将预测结果与Wu&Bakar模型和FDS的预测结果进行对比,结果表明,该模型比Wu&Bakar模型更加接近数值模拟的结果。     

隧道火灾临界风速计算公式的比较分析

比较分析隧道火灾纵向排烟方式下的临界风速,研究不同理论公式得出的临界风速差别大小和其随火灾规模、隧道尺寸变化的情况.对隧道尺寸和火源规模无量纲处理,以消除隧道尺寸对临界风速的影响.将已有实体隧道火灾试验和缩比例隧道火灾试验测得的临界风速无量纲值作为参照依据,将不同临界风速理论公式计算结果与已有实体和缩比例试验结果作对比,确定临界风速理论计算方法,同时验证了临风速结果对超大断面隧道的适用性.     

隧道火灾烟气回流与临界风速模型试验

总结国内外隧道火灾纵向通风排烟下抑制烟气回流临界风速的研究现状和规范规定.通过FDS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对比分析,得出结果认为,数值模拟和模型试验结果基本符合;在同一个坡度下,纵向通风速率与回流长度近似成线性关系;当坡度为零时,抑制烟气回流所需临界风速较大.     

堵塞效应下隧道火灾临界风速研究

为获取更为准确的隧道火灾临界风速算法,考虑火源阻塞比φ1、火源上游处阻塞比φ2均为0、0.23、0.41、0.64,选取了1.6,3.2,9.3 kW三种火源热释放率,通过正交数值试验计算了48种阻塞工况的临界风速值,推导了单纯火源阻塞、单纯火源上游阻塞、火源与上游同时阻塞时临界风速无量纲修正算法。研究结果表明：无论是增加火源处阻塞比还是加大火源上游阻塞比,临界风速值都会逐步减小,火源处阻塞对临界风速的影响更大。火源热释放率增加,临界风速也不断增大。仅火源处阻塞时,临界风速与(1-φ1)2/3成正比。仅火源上游阻塞时,临界风速与(1-φ2)1/3成正比。火源与上游同时阻塞时,临界风速与(1-φ1)2/3(1-φ2)1/3成正比。     

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。     

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。     

火源尺寸对地铁隧道火灾临界风速的影响

以地铁区间隧道为研究对象,考虑有无列车两种情况,采用火灾动力学模拟软件FDS 5.5.3对不同火源尺寸条件下控制地铁隧道火灾烟气不向上游蔓延的临界风速进行数值模拟。结果表明:火源功率一定时,有无列车情况下火源高度、长度及宽度均对临界风速产生影响。无列车时,临界风速随着火源高度、长度、宽度的增加逐渐减小;有列车时,临界风速随着火源高度、宽度的增加先增大后减小,随着火源长度的增大而递减。     

隧道火灾临界风速的理论计算与数值模拟

对比分析了国内外的相关文献资料,数值模拟了不同风速下火灾烟气的扩散情况,根据不同风速下烟雾的回流距离确定临界风速,对其取值提出了建议.     

设排烟道隧道的烟气逆流长度与临界风速研究

隧道火灾是运营公路隧道的主要灾害。为有效控制隧道火灾,采用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了设排烟道隧道的火灾烟气逆流长度与临界风速。以国内常见的双车道隧道尺寸建立模型,分析了排烟速率和纵向通风速率对烟气逆流长度的影响,提出了临界风速的预测模型。并将其通风效果与常规未设排烟道的纵向通风做了比较。结果表明:未设排烟道时,纵向风速还未达到临界风速时,火灾下游烟气的层化状态就已破坏。设排烟道能及时排出火灾产生的烟气,有利于保持烟气的层化状态,有效改善火灾时的隧道环境,为火灾下游人员的疏散救援提供了有利条件。同时,设置排烟道有利于减小逆流长度和临界风速。随着排烟速率的增大,相应的临界风速呈指数函数递减的特性。     

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。     

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。     

超大断面水平隧道纵向通风临界风速CFD分析

首先介绍了临界风速研究的基本思路及国内外主要研究成果.结合国内某长大公路隧道设计,建立一长300m、水力高度10.64m的水平隧道模型,通过CFD模拟确定超大断面隧道临界风速的影响因子及相应的准则关联式.模拟表明:与火灾热释放速率相比,环境温度的影响可以忽略不计;与Atkinson(模型试验)及Buxton(大尺度试验)相似,临界风速随热释放速率的变化分为两个区域,与低热释放速率时不同,一旦热释放速率超过40MW,临界风速的变化明显趋于缓慢.     

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。     

纵向通风下隧道速度场及温度场的模拟研究

在隧道火灾研究中,将临界速度作为衡量纵向通风效率的标准已被广泛认可.然而,对于排烟口位于火源两侧,两端都是进风口的情况,临界速度并不能有效地衡量通风效率.对此,研究人员提出了“限制性速度”的概念,并将其作为标准,但到目前为止,对于限制性速度的研究依然很少.本文中的CFD模型以0.Vauquelin的实验为基础,通过CF...     

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。     

隧道火灾研究现状与展望

隧道火灾往往会造成严重的人员伤亡和巨大的社会影响及经济损失,是威胁隧道运营安全的主要灾害之一。本文指出了隧道火灾的诱因、频率及其特点,介绍了隧道火灾的主要研究方法及研究内容,并重点介绍了隧道火灾的两个主要影响因素——火源释热率和临界风速,最后提出了今后有待研究的内容。