通过模型试验与数值模拟对隧道火灾烟气控制策略的研究

为满足隧道火灾安全体系研究方面的需要,本文以中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室的隧道试验台为对象,进行了比例模型隧道火灾试验,并利用Fire Dynamics Simulator(FDS)软件对该实验在不同纵向风速控制条件下的火灾烟气层沉降速度进行了计算机模拟,通过试验与模拟结果的对比,给出了不同纵向通风速度下,隧道火灾时烟气层沉降速度的变化规律,并提出了烟气分层化临界风速这一概念,为隧道火灾的控制、救援和人员疏散提供了一定的参考价值.     

隧道火灾时拱顶最高烟气温度的实验研究

隧道火灾时拱顶最高烟气温度的预测在隧道防火安全设计中占有很重要的位置,本文通过1/20小尺寸模型实验和全尺寸现场试验对不同纵向风速作用下拱顶最高烟气温度进行了研究。根据隧道全尺寸试验和小尺寸实验研究结果,Kurioka等人通过小尺寸实验所建立的预测模型在纵向风速没有扰乱烟气分层时具有较好的可靠度,可以推广应用到实际隧道工程设计中。     

地铁隧道火灾人员疏散与烟气控制

在分析目前国内外地铁隧道火灾人员疏散方式的基础上，建议采用提高疏散效率且基本不增加投资的侧向疏散平台加联络通道的疏散方式，同时分析了隧道烟气控制的有关因素，给出了典型隧道烟气控制的临界风速(危急空气流速)。     

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。     

列车着火后停留在隧道内的火焰烟气逆流临界风速

防止烟气逆流的临界风速是隧道火灾通风排烟系统设计的主要指标。国内外对纯烟气逆流的临界风速研究较多,对阻塞明显且夹带火焰的烟气逆流问题研究得则很少。通过模型试验和数值模拟,对列车着火阻塞在隧道内形成的夹带火焰的烟气逆流及其临界风速进行分析。考虑列车对隧道的阻塞比和火焰热辐射作用的影响,利用能量方程推导出计算临界风速的新公式,并与Oka-Atkinson公式、Wu-Bakar公式等计算纯烟气逆流的临界风速公式进行比较。结果表明新公式更适用于夹带火焰的烟气逆流的情况。同时还发现,列车中部着火和头部着火情况下的临界风速相近,但与列车尾部着火的临界风速不同;隧道内有列车着火和隧道内着火但无列车情况下的临界风速也有所不同。     

秦岭终南山隧道火灾工况下的通风模拟

根据秦岭终南山特长公路隧道的实际情况确定了火灾的规模,选用火灾模拟软件FDS对隧道火灾工况下的通风进行了模拟,得出了隧道内在不同时刻、不同截面位置的烟流特性参数,根据烟气锋面到达不同位置横截面的时间的不同,计算出了烟气在隧道内的水平蔓延速度。     

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.     

横截面形状和坡度对隧道火灾烟气分布影响研究

通过数值模拟建立了7种不同横截面形状的全尺寸跨座式单轨隧道模型,研究隧道横截面形状和坡度对隧道火灾烟气蔓延的影响.研究发现长方形隧道顶部温度普遍较高,其次为带有拱顶的隧道,正方形隧道顶部温度普遍较低,圆形隧道底部温度最低.在大火源功率条件下,坡度对临界风速的影响较小.离火源较远的位置,坡度对排烟效果的影响更加明显:随着...     

隧道渐扩段火灾纵向排烟关键参数研究

针对城市隧道日益增多的引流渐扩段,利用数值模拟分析渐扩段发生火灾时,烟气回流长度、临界风速、火风压等纵向排烟关键参数特征。研究表明为控制渐扩隧道烟气回流,需考虑火源处风速——有效风速,入口处临界风速可根据最宽截面处发生火灾,即最不利工况时的有效临界风速进行折算。在相同有效风速下,渐扩隧道烟气回流长度更短,回流长度差距最大的情况可达到60 m左右,对消防设计和火灾救援产生明显的影响。渐扩隧道火风压会随有效风速的增大,先增大后减小,当有效风速增大到临界风速后趋于稳定的数值。由于隧道渐扩段烟气回流速度更快,烟气的惯性力项越大,火风压也越大。     

常用隧道火灾探测器原理、应用及研究动态

概述了目前已有的探测不同火灾特征信号的各种火灾探测器,通过分析其特点总结出适用于隧道火灾探测的探测器类型,分类阐述常用的隧道火灾探测器原理,详细研究各种探测器在隧道这一特殊环境中的使用情况,归纳各种隧道火灾探测器使用的隧道,为隧道用火灾探测器的选型提供参考。对两种主流探测器（线型光纤火灾探测器和点型双波长火焰探测器）的性能进行了分析比较。在总结目前隧道用火灾探测器的发展趋势并综合各种探测器在隧道中使用时的优点与缺陷的基础上,提出了实现火灾早期预警方案的一种设想。     

Fire Spread and Flame Length in Large-Scale Tunnel Fires

An analysis of fire spread during four large-scale fire tests that were performed in the Runehamar tunnel in Norway is presented. The fire loads consisted of mock-ups simulating a Heavy Goods Vehicle (HGV) trailer. The fire spread downstream of the HGV trailer mock-ups was studied, both to large targets with the same type of commodities as used in the trailer mock-up for each tests, and to small pieces of wood and plastic poles placed at different distances from the fire. The purpose was to determine a critical distance for fire spread between HGV trailers for different heat release rate histories. The time to ignition of a second object and fire spreading distances were estimated from post-visual observations and temperature measurements. Correlations for flame length were developed from the experimental results. Since the average temperature of the cross-section often is used to estimate fire spread, results from a model for the average temperature were compared with the measured temperatures.     

隧道火灾研究现状综述

简述了隧道火灾的特点、危害性及其烟气控制方法,回顾了国内外对隧道火灾的研究现状,着重介绍了隧道火灾热释放速率、纵向通风的临界风速方面的试验研究成果,并介绍了火灾时隧道内烟气流场、温度场的数值模拟,以及应用于地铁的环境模拟计算程序SES。最后,提出了在隧道火灾及其烟气控制方面今后需要研究的几个问题。     

长大隧道火灾安全疏散研究

在调研分析国内外长大隧道疏散模式的基础上,以虹梅南路隧道为研究对象,采用CFD软件对不同排烟方式下隧道火灾进行数值模拟,结果表明:不同的排烟方式下隧道内烟雾和温度场纵向分布扩散规律不同,采用单侧排烟时,烟雾向火源下游聚集,温度升高很快,有害气体浓度升高,无法提供合适的逃生环境;而采用双侧排烟时,烟雾向两侧蔓延,浓度和温度较小,满足火灾通风要求。最后,通过数值模拟人员疏散过程,计算结果表明,现有的排烟措施能够满足疏散安全要求。     

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。     

外部环境对城市地下隧道火灾烟气扩散影响的研究

采用CFD方法运用κ-E双方程模型,分别对不同外部环境下隧道匝道口火灾时烟气扩散情况进行模拟,比较不同温度和外界风速情况下烟气扩散及控制效果.结果表明:无外界风时,射流风机产生的导烟气流能迅速将大量烟气排出隧道,但随着外界风力的增强,导烟作用降低,隧道内烟气的排出越来越困难,且隧道内烟气温度随之降低,烟气沉降也更加严重;夏季排烟效率相对冬季降低了11.1%,北匝道内烟气平均温度升高了50K,冬季外界风力为0.8m/s和2.12m/s时,排烟效率相对冬季无外界风时分别降低了22.4%和9.8%,北匝道内烟气平均温度降低了30K和75K.     

大断面道路隧道火灾初期规律足尺试验研究

为研究火灾初期时大断面道路隧道内温度及烟气流动特性,在三车道大断面试验隧道内进行了足尺火灾试验。试验考虑了0.5 MW、1 MW及5 MW三个等级的火灾规模;试验纵向风速范围为0~2 m/s。试验结果表明:在火灾发展初期,火灾规模和纵向风速是影响大断面道路隧道内温度场分布及烟气扩散的重要因素;隧道火灾产生的高温烟气趋于向拱顶扩散,故隧道横截面高温区域分布于隧道上部空间,靠近地面的空间温度则较低。火灾规模越大,隧道横截面的高温区域范围越大。大断面隧道因隧道内空间较大,有利于烟气扩散和人员逃生。然而,火灾预警的角度考虑,大断面隧道需多在关键截面上设置温度传感器和摄像头,以获得更为有效的火情信息来组织灵活的疏散逃生方案。