超高海拔隧道火灾燃烧与烟气温度现场模型试验研究

随着我国川藏铁路和高原公路的不断修建,超高海拔地区“三低”环境特征将对高原隧道火灾燃烧和烟气扩散特性产生严重影响。文章采用移动模型隧道火灾试验平台对成都平原、海拔3544m、4103m超高海拔山区在相同油盘尺寸和燃料体积条件下,火灾燃烧和烟气温度分布进行现场试验研究。研究结果表明：随着海拔高度的增加,火灾热释放率和火源区拱顶温度不断下降,燃烧时间明显增长;与平原地区相同火灾规模相比,超高海拔隧道火源区拱顶温度略有下降;超高海拔地区拱顶纵向温度衰减速率显著低于平原地区,火灾高温烟气热浮升力效应在超高海拔隧道内更突出。     

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、4000 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...     

高海拔隧道全尺寸火灾烟气及温度场特征试验研究

通过对海拔为4100m的高海拔隧道进行全尺寸火灾试验,揭示高海拔隧道火灾烟气下沉及温度场变化特征。试验采用三种不同尺寸火源(0.8m2、1.0m2、2.0m2),对隧道火灾烟气蔓延特征、火区最高温度、隧道拱顶纵向温度分布进行研究。试验研究结果表明：隧道火灾试验初期及燃烧稳定阶段,火源附近隧道上层烟气与下层冷空气分界明显,火灾后期烟气下沉严重;较小风速有利于高海拔隧道小规模火灾烟气逆流层纵向和垂向蔓延的控制。隧道火灾温度场研究表明：隧道火灾温升速率随火源热释放率增大而增加;火源附近20m范围内温度衰减速率较快,远火源区域隧道拱顶纵向温度衰减较慢,趋于平缓;通过对火源上方拱顶烟气温度分析,发现隧道火灾探测采用差温报警模式较定温报警模式更加有效,并得出10℃/min的温升速率可基本满足高海拔隧道小规模火灾的初期报警;隧道拱顶纵向温度分布规律导致火源远场烟气下沉严重而近火源区域烟气层化较好的特征。高海拔隧道火灾温度分布特性试验研究,可为高海拔隧道火灾动力特性研究提供依据,为高海拔隧道人员疏散逃生提供指导及建议。     

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。     

基于烟气蔓延的相邻隧道纵向间距确定

借助于理论分析和数值模拟方法,对城市地下道路发生火灾时,火灾在隧道出口的扩散特性进行了研究,并借助烟气的扩散距离探讨了城市地下道路相邻隧道间的安全间距。研究结果表明:当起火隧道内无烟气控制,烟气在隧道出口自由蔓延时,烟气蔓延到下游隧道的可能性极小。当火源上游施加临界风速,设计火灾小于30 MW时,为避免上游烟气扩散到下游隧道,城市地下道路相邻隧道间的间距可设置为大于100 m。     

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。     

海底公路隧道火灾数值模拟

利用FDS对某海底公路隧道进行研究,分析典型火灾条件下,纵向通风对热烟气逆流距离、隧道顶部温度以及隧道内横通道风流变化的影响。结果表明,在0.25 m/s的火灾初期通风条件下,热烟气逆流距离和火源附近拱顶温度超过安全临界温度的范围随火灾规模增大而增大;在3 m/s的灭火期通风条件下,两者随着纵向通风风速增加而减小;隧道内横通道风速先增大,后减小。     

地铁隧道不同排烟模式下烟气逆流长度

选择长500 m的地铁隧道,设置6种通风排烟方式,通过改变通风风速及上、下游排烟口开启的比例,模拟分析不同排烟模式下烟气逆流长度与排烟速率的关系,研究不同模式的通风排烟效果。模拟火源设置在地铁列车前端,火源功率设定为10MW。结果表明,纵向通风风速过大可以有效抑制烟气逆流,但会对下游烟气运动造成扰动,影响人员疏散安全性。特定排烟方式的排烟效果主要受排烟窗开启位置的影响,上游与下游开窗数量比例为1∶3时排烟效果最好。     

单洞双线隧道火灾疏散时临界风速实验研究

以青岛崂山隧道为研究对象,搭建中尺寸单洞双线隧道实验平台,研究了列车发生火灾时,不同纵向风速对烟气扩散和人员疏散的影响。实验结果表明,单洞双线隧道发生火灾时,火源上方隧道顶棚区域附近温度最高并向两侧呈递减分布;垂直方向,火源两侧的烟气温度从上至下呈递减分布;在隧道发生火灾时能实现列车人员安全疏散的临界纵向风速为3 m/s。     

坡度隧道的火灾烟囱效应的升压力分析

烟囱效应是坡度隧道火灾烟气控制中重要影响因素,其数值与隧道内温度分布密切相关.在综合瑞士规范、Opstad模型的基础上,视着火隧道内热烟气扩散情况,作者提出了三区域温度分布模型.根据能量守恒原理,依次建立火区、下游烟气扩散区烟流沿程温度分布预测模型及其计算参数确定方法,进而预测烟囱效应升压力大小.以某长大公路隧道为例,通过差分解算讨论了火灾热释放速率、隧道坡度、火区长度对着火隧道烟气沿程温度分布、烟囱效应组成及其数值的影响.     

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。     

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。     

公路隧道火灾CO浓度的数值模拟

国内针对公路隧道发生火灾时CO浓度变化规律的研究还很少。文章以厦门莲花隧道为对象，用FLUENT软件对否．固墨垫下哆火赛归气滇动鉴强尊彳亍了三维棼傅模拟，并分析了隧道不同高度不同横断面的CO浓度分布，得出了结论。     

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.     

纵向通风与侧壁开口竖井自然排烟协同作用下烟气运动模拟

为探究山岭隧道火灾烟气运移特性,采用数值模拟的方法,选取两种典型火源功率(20 MW及50 MW),分析不同纵向风速下火源位置对隧道顶棚下方沿程温度分布规律、烟气运移速率及竖井内烟气质量流量的影响规律.研究结果表明,纵向风速低于3m/s时,不同火源位置时,火源上游沿程温度均随纵向风速增加逐渐降低,而下游沿程温度随纵向风...