室外风对高层建筑竖井内烟气运动影响的数值模拟

采用火灾模拟专业软件FDS对不同火源位置、不同风向条件下火灾烟气的运动进行模拟,测定典型位置处温度、速度、CO及CO2体积分数变化情况。实验结果表明:在近地风场中,风向对竖井内烟气蔓延的影响大小顺序为迎风>背风>侧风,竖井开口位于迎风面时,外界风对竖井内烟气运动影响最大:火源位于中性面以上时,烟气通过竖井与前室的开口向竖井内蔓延,并向下运动;而火源位于中性面以下时,前室内烟气向外部运动,竖井内无烟气流入。     

室内烟气运动影响因素模拟研究

运用FDS模拟室内火灾烟气的运动规律,分析烟气层稳定性,以及门的尺寸、火源位置和火源面积对烟气温度及高度的影响。结果表明,具有稳定热释放速率的火源,燃烧一段时间后烟气层高度不会随时间发生变化;烟气层高度随门的高度和宽度增加而升高;火源处于房间中心时,烟气层高度随着门宽度增加迅速升高,与门高度的关系较小;随着火源面积增加,烟气层高度下降,温度升高。     

充气膜结构火灾下烟气运动特性研究

基于火灾燃烧模型理论,利用FDS对典型充气膜结构在单一火源情况下的压力、CO体积分数和能见度进行了研究。数值模拟结果表明,温度对压强影响较大;火源位置的改变对充气膜结构内的烟气流动影响极大;在火源附近处垂直高度最高点的相对压强、烟气温度、CO体积分数上升速度很快并且数值相对较高,烟气层的高度和能见度最低;风速对压强和能见度有极大影响。在此基础上提出排烟和疏散的设计建议。     

通风口水平高度对室内扩散火特征量的影响

选取单室模型,在长边侧边中间位置设通风口,针对不同水平高度的通风开口条件,利用FDS模拟研究开口水平高度对火灾热释放速率、烟气温度分布和通风量的影响。研究发现,随着开口水平高度的降低,火源热释放速率呈现下降趋势,热烟气层呈现增厚趋势,通风量减小。通过数据拟合得到在开口无量纲高度为0.6时,开口进气量达到最大值。根据氧耗原理分析得到火源的燃烧效率随着开口降低而增大。     

某建筑火灾场景数值重建及烟气危害性评价

应用数值模拟技术重现了国内某建筑火灾发展的过程,并得到了火灾场景中烟气体积分数、温度、能见度等随时间空间变化的各种重要数据.使用生命伤害模型(LHM)和模拟得到的烟气数据分析了烟气对人造成的危害.模拟结果和分析揭示:在火灾中处在不同位置的房间,其室内的烟气体积分数变化可以分为不同的类型.在远离着火点的房间中,空气温度变化不大,但CO气体的体积分数很高,甚至比距离火源近的房间CO体积分数更高,烟气更容易在那里聚集,并且在很短的时间里,烟气对人构成致命的威胁.这与许多火灾中很多遇难者死于远离火源位置的结果是一致的.     

防烟空气幕在隧道火灾中的试验研究

为研究防烟空气幕在隧道火灾中的挡烟效果,在应急管理部四川消防研究所隧道试验基地开展了一系列1 MW和2 MW的全尺寸火灾试验,分析了隧道内温度以及氧气的分布情况。试验结果表明:防烟空气幕能有效控制烟气蔓延;火源功率越大,火源附近氧气体积分数越小;空气幕出流风速越大,隧道内氧气体积分数越大,聚积在火源上方顶棚处烟气量越少,顶棚处温度越低。     

T型地下综合管廊电缆火灾数值模拟

针对特殊结构的T 型地下综合管廊,运用FDS 软件模拟不同火源位置及风速条件下管廊内电缆火灾的蔓延情况,分析火灾发生后管廊温度场以及烟气蔓延情况。对T 型管廊内不同位置处起火的火灾危险性进行排序,得到管廊内部风速为1.5m/s 且电缆处于稳定燃烧期时,交叉口处的烟气层高度最低,发现T 型交叉口处的烟气特性,为T 型地下综合管廊消防设计提供参考。     

不同火源功率下地下环道火羽流运动机理研究

为研究地下环道不同火源功率下火羽流卷吸特性机理,采用数值模拟结合理论分析,设置9个典型火灾场景,定量分析火羽流温度场、烟羽流高度变化等卷吸特性。得出结论认为,火源功率对温度场影响最大,对烟气层高度影响较小;火源位于主干隧道火灾危险性最高,该位置发生火灾时不同火源功率下的温度、烟气层高度均达到人员疏散危险值。研究可补充现有受限空间的火灾动力学理论,为地下受限空间烟气控制、人员疏散及火灾综合防治提供理论依据。     

烟囱效应作用下竖井型隧道火灾时的烟气扩散

运用FDS对不同烟囱高度的竖井型隧道着火时烟气扩散情况进行模拟,得到隧道内温度和CO体积分数的变化特征及烟气纵向蔓延规律和沉降规律.结果表明,竖井型隧道采用自然通风能起到很好的排烟效果.火源正上方产生的高温对隧道顶棚结构具有较大的威胁,但火源附近安全高度处烟气温度迅速降到环境温度,不会对人员安全疏散构成威胁.安全高度处CO体积分数随时间的增加呈上升趋势,且随着与火源距离的增加先增加再降低至0.在300 s内各处烟气均没有降到安全高度1.75m以下,对人员疏散影响较小,人员有足够时间疏散至敞开段.     

单室火灾的数值模拟研究

采用大涡模拟和混合分数燃烧模型，对单室火灾进行了数值模拟研究。对混合分数燃烧模型的不足进行了分析，并指出了改进的方向。比较了喷淋和无喷淋状态下单室火灾的烟气发展规律及燃烧产物成分的变化情况。计算结果表明：由于喷淋的加入，可燃物的不完全燃烧性增强，导致烟气中烟灰成分大量增加，二氧化碳等产物的生成量呈减少趋势；对不同燃烧释热率的火灾情况进行了数值模拟，随着火源释热率的增大，室内热烟气的温度增高得更快，热烟气温度层下降的速度越快，下降的高度越低。单室内火灾热烟气的温度分布呈明显的分层现象，可以将场模拟中的烟气层转换为上下两层相互区分的热烟气层和冷烟气层。     

Experimental study of natural roof ventilation in full-scale enclosure fire tests in a small compartment

An analysis of full-scale fire test experimental data is presented for a small compartment (3×3.6×2.3 m). A square steady fire source is placed in the center of the compartment. There is an open door and a horizontal opening in the roof, so that natural ventilation is established for the well-ventilated fire. A parameter study is performed, covering a range of total fire heat release rates (330, 440 and 550 kW), fire source areas (0.3×0.3 m and 0.6×0.6 m) and roof ventilation opening areas (1.45×1 m, 0.75×1 m and 0.5×1 m). The impact of the different parameters is examined on the smoke layer depth and the temperature variations in vertical direction in the compartment. Both mean temperatures and temperature fluctuations are reported. The total fire heat release rate value has the strongest influence on the hot smoke layer average temperature rise, while the influence of the fire source area and the roof opening is smaller. The hot smoke layer depth, determined from the measured temperature profiles, is primarily influenced by the fire source area, while the total fire heat release rate and the roof opening only have a small impact. Correlations are given for the hot smoke layer average temperature rise, the buoyancy reference velocity and the total smoke mass flow rate out of the compartment, as a function of the different parameters mentioned. Based on the experimental findings, it is discussed that different manual calculation methods, widely used for natural ventilation design of compartments in the case of fire, under-predict the hot layer thickness and total smoke mass flow rate, while the hot layer average temperature is over-estimated.     

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、4 000 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大于远火源区；在同等火灾热释放速率下，高海拔地区隧道内烟气一维纵向蔓延长度更大，且近火源区隧道上层高温烟气与下层冷空气界限较为分明，而远火源区则逐渐出现较为明显的烟气下沉现象。     

电缆隧道L型防火隔板的隔热效果分析与侧板高度设计

为兼顾电缆隧道中L型防火隔板的隔热效果和施工安装的便捷性,需确定不同工况下L型防火隔板所需最低高度。为此,利用FDS模拟软件,设置不同侧板高度,针对不同火源功率条件下L型防火隔板对不同电压等级电缆的保护效果进行模拟,分析安装隔板区域的温度变化和烟气扩散。结果表明：火源功率为400,600 kW时,电缆充分燃烧阶段至衰减末期,烟气蔓延速度分别比火源功率为200 kW时约快50%和66%;当110 kV电缆层间距为0.5 m,火源功率为200,400,600 kW时,L型防火隔板侧边最优高度分别为0.20,0.25,0.25 m;当10 kV电缆层间距为0.25 m时,三种火源功率下L型防火隔板侧边最优高度分别为0.100,0.125,0.125 m,隔板上方被保护电缆护套层温度均低于热解温度。研究成果可为不同工况下防火隔板侧板高度设计提供参考。     

管廊内火源高度与防火封堵耦合作用下温度分布

为研究管廊内火源高度与防火封堵耦合作用下的温度分布,搭建了1:3的缩尺寸马蹄形管廊模型,通过改变火源的高度和管廊一端的开闭情况,分析管廊内的温度分布.结果表明,高度为10 cm的火源较其他高度的火源在管廊一端封闭的情况下最高温度值最大.在垂直方向上,管廊内的烟气层厚度与火源高度和一端是否封闭关系不大,始终为17 cm左...     

中庭烟气填充高度模拟研究

利用FDS模拟中庭内的烟气填充过程,分析环境温度、顶棚温度、火源功率、中庭体量对烟气填充高度的影响。通过分析温度数据和烟气层高度数据,得到烟气层高度与各因素之间相互影响的定性关系,并通过曲线拟合得到烟气层高度与各因素之间的定量关系。结果表明,烟气层填充高度基本不受起始环境温度的影响,烟气层高度峰值与顶棚温度、火源功率、中庭体量之间存在线性关系。     

隧道火灾一氧化碳浓度及温升分布试验研究

为了掌握长大公路隧道内的火灾行为,提升特长公路隧道的火灾安全性,进行了水平通道中不同纵向通风强度下,一氧化碳浓度和温升空间分布关系的1∶6大尺寸火灾模型试验,并与Newman的研究结论进行了对比。试验在长66 m,宽1.5 m,高1.3 m的模型隧道中进行的。研究结果发现,Newman的研究结论并不适用于所有通风条件。一氧化碳浓度和温升的纵向分布和竖向分布都不尽相同。在纵向分布方向,烟流的温升随着远离火源的纵向距离的增加而显著衰减,然而一氧化碳浓度却并没有随着纵向距离的增加而发生改变。一定强度的纵向通风使得温升沿纵向的衰减率变得缓慢,然而,纵向通风对一氧化碳浓度的纵向分布特性影响甚微。在无纵向通风的情况下,相对于温升来讲,一氧化碳浓度随高度减小而衰减的速率明显比温升要慢。然而,随着纵向通风风速的增加,一氧化碳浓度和温升的竖向分布呈现出了很好的相似性。     

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。     

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。