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。     

射流风机与火源距离对地下环形隧道烟气流动的影响研究

以某地下环形隧道为原型,使用ICEM CFD 14.0建立了一条城市地下环形隧道模型。运用Fluent 14.0模拟研究了不同火源功率时,射流风机组与火源距离对烟气流动的影响。通过对烟气回流长度、水平温度及隧道内部压力分布的分析,得到了射流风机与火源距离对烟气流动的影响规律。结果表明,城市地下环形隧道射流风机组与火源的最佳距离为50m左右。研究成果可为城市地下环形隧道射流风机组位置设计提供参考。     

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。     

城市地下交通联系隧道排烟方式探讨

城市地下交通联系隧道(Urban Traffic Link Tunnel,UTLT)主隧道一般呈环形,交通流量大且隧道高度较低等特点决定了其火灾风险性较高。一旦发生火灾,如何把烟气控制在一定范围内,并快速有效的排出隧道成为UTLT工程设计的难题。目前常采用的依靠射流风机单方向诱导通风排烟的方式不能完全解决UTLT通风排烟问题。本文以北京市CBD UTLT为工程依托,在综合分析了前人对UTLT排烟方法的研究基础上,提出了一种基于火源附近竖井排烟,两侧射流风机相向平衡压力的通风排烟方式。利用CFD软件Fluent 13.0对典型火灾场景不同工况下烟气流动进行了数值模拟。模拟结果表明火源附近竖井排烟,合理开启两侧射流风机相向平衡压力的通风排烟方式可以将烟气控制在较小范围之内。     

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。     

地铁隧道火灾模拟及人员疏散研究

利用FDS软件,设置的火源强度为7.5 MW的火灾,模拟火灾发生在隧道中点及疏散通道A口附近的条件下,地铁隧道内3种不同通风风速对人员疏散的影响。将疏散通道口处人眼特征高度的烟气能见度、温度和CO浓度到达临界指标的时间作为可用疏散时间,再通过经验公式计算所需安全疏散时间,判定疏散的安全性。结果表明,列车和火源均在隧道中部时,人员均能够安全疏散;列车在隧道中部,而火源在进风口一侧时,只有在无风条件下人员能够安全疏散。     

利用隧道环境监控设施实现火灾排烟联动控制

长大隧道中常见的纵向通风排烟方式存在许多不安全因素,特别是山区自然风环境变化会严重干扰人员的顺利疏散.结合在十漫高速公路龚家垭隧道排烟试验中发现的问题,从利用隧道已有的环境监测设施对风机的启闭、开启功率等实行联动控制的方式进行研究探讨.     

跨线运营隧道火灾烟气分布特性研究

地铁网络化运营后,部分城市已开通跨线运营列车。本文针对列车跨线运营两线联络线火灾,建立了地铁正线和联络线隧道模型,采用三维CFD数值计算方法,模拟分析了不同排烟方向、隧道纵向通风风速和火源热释放速率下联络线隧道火灾烟气分布特性。结果表明：相比向正线下游排烟,向上游排烟时正线和联络线隧道烟气控制效果更好,更有利于人员逃生;正线隧道纵向通风风速对联络线隧道内烟气分布影响较弱;联络线隧道纵向通风风速增大,有利于联络线隧道内的烟气控制,但风速过大时,隧道内满足疏散能见度要求的位置与火源的距离增大,不利于疏散;火源热释放速率越小,越有利于正线隧道逃生。     

上海市域高速铁路隧道火灾疏散研究

上海市域高速铁路为城际列车和地铁列车共线运行的运营模式,通过数值模拟得到不同通风方式、火源位置、疏散口间距下的人员可用安全疏散时间和必需安全疏散时间,分析人员疏散安全性,为安全疏散设施设置方案提供决策依据。结果表明：地铁列车火灾比城际列车火灾更危险;火灾发生时列车火源位置应尽量停靠在两疏散口之间,且隧道内进行通风排烟;疏散口间距设置为300 m满足城际列车和地铁列车人员安全疏散要求。     

屏蔽门开启对地铁站台烟气控制的影响

利用FDS软件建立的模型,研究地铁车站岛式站台在不同火灾场景(火源功率为2 MW或5 MW,屏蔽门开启数量为两组或三组)下火灾烟气的水平蔓延。通过数值计算,得出火灾时站台层内烟气温度、CO体积分数以及烟气层高度随时间的变化情况,并确定地下车站站台层不同火灾场景下的烟气控制优化方案。研究结果表明:在火源功率为2 MW时,开启两组或是三组屏蔽门,人员均可安全疏散。在火源功率为5 MW时,开启两组屏蔽门,人员均不能安全疏散;开启三组屏蔽门时,风机流量在607 248~948 780 m~3/h时,人员可以安全疏散。     

区间隧道列车火灾通风临界时间研究

计算地铁区间列车火灾人员所需安全疏散时间,与模拟所得可用安全疏散时间对比,确定区间人员疏散策略及通风临界时间。研究表明：地铁列车外部中间位置着火停靠在区间,火源功率分别为5、7.5、10 MW,需启动纵向通风排烟系统,组织人员向上风向疏散。火源功率为5 MW,纵向通风风速为2.0 m/s时,150~180 s 开始通风可保证人员安全疏散;火源功率为7.5、10 MW,纵向通风风速分别为2.4、2.6 m/s 时,120~180 s 开始通风可保证人员安全疏散。风机由静止转换为事故工况的通风临界时间为120 s,由运转转换为事故工况的通风临界时间为90 s。     

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。     

单洞双向公路隧道火灾人员疏散救援研究

为了研究单洞双向公路隧道在发生火灾时隧道内部人员的逃生问题,首先结合PHOENICS计算软件建立了某特长单洞双向隧道的计算模型,其次参考实际情况选取了5 MW、20 MW及30 MW下的共计27种火灾计算工况,通过计算得出了火灾的烟雾场、温度场、CO、能见度以及控制风速的情况。进一步结合以上研究成果,并借助于Pathfinder人员疏散软件,以Crane修正模型及FED死亡模型为基础,同时以“高温CO”叠加伤害为原则,进一步从上述27种工况中选取10种典型计算工况对人员的疏散逃生情况进行了分析研究。研究得出:对于火灾规模为20 MW时,在交通堵塞的情况下人员能够在613.5 s内安全疏散,且无人员死亡;当火灾规模为30 MW时,在交通堵塞的情况下,主隧道纵向通风风速为1.0 m/s和2.0 m/s时,人员不能安全疏散,主隧道纵向通风风速为3 m/s时,人员能安全疏散,但疏散速度最慢的人员安全性难以保证,故建议30 MW火灾下主隧道的纵向通风风速应大于3 m/s。     

高海拔隧道防烟策略及疏散通道间距探讨

为了确定高海拔环境下特长公路隧道的服务隧道防烟通风策略及人员疏散通道最佳间距,采用FDS和Pathfinder建立了主隧道+服务隧道的通风排烟及人员疏散仿真模拟平台,分析50 MW火灾规模下隧道内烟气运动规律及人员疏散过程,基于克拉尼公式和FED准则综合判定ASET(可用安全疏散时间)。针对低氧气环境下人员运动效率低下的这一背景情况,对人员疏散速度进行折减,进一步确定RSET(必须安全疏散时间)。结果表明:服务隧道内纵向风速1.6 m/s可保证服务隧道内1 200 s时间范围内无烟,考虑高海拔地区火灾增长系数的折减,人员可用安全疏散时间呈现为“W”形,下游200 m处可用安全疏散时间最少,结合人员必须安全疏散时间分析,人行通道间距宜设置为200 m。     

Assessment of ventilation efficiency for emergency situations in subway systems by CFD modeling

The ventilation system is the strategic component of the subway systems when incidents involving heavy smoke occur in tunnels. Consequently, the purpose of this study is to investigate the ventilation efficiency in one of the most severe emergency scenario: train on fire (maximum heat release rate reaching 30 MW due to an ultra-fast fire) and stopped in the tunnel, the incident requiring passenger evacuation. Two ventilation strategies are taken into account: tunnel ventilation fan system (mid-tunnel fan plant located in separate construction) in conjunction with stations mechanical ventilation and end-of-station fan plants in conjunction with stations mechanical ventilation. The analysis is performed using computational fluid dynamics (CFD) modeling. The numerical model proposes an original approach based on the introduction of source terms in conservation equations for energy, carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO₂), in order to deal with the heat, CO, and CO₂ due to fire. Equations expressing the conservation of CO and CO₂ are specially added to the basic equations governing a turbulent non-isothermal airflow in the CFD model. This method allowed achieving values of velocity, temperature, CO and CO₂ concentrations all over the computational domain. In addition, the modeling and simulation methodology complies faithfully to the real operation of the ventilation systems investigated in normal and emergency (fire) conditions. The results show that both ventilation alternatives taken into account lead to the secure evacuation of passengers all over the simulation time. The evacuation process toward the nearest station is not at all disturbed by too high air velocities, high temperatures or critical CO or CO₂ concentrations.     

地铁区间隧道火灾人员疏散微环境的数值分析

本文的研究目的是探讨自然通风模式下地铁区间隧道火灾人员疏散微环境中烟气温度、能见度和CO浓度分布,为地铁隧道火灾防范提供理论依据.采用FDS(Fire Dynamics Simulator)软件模拟列车中部着火且列车停在隧道中部和停在靠近隧道一端站台2种火灾情况下,隧道内纵断面人眼特征高度的烟气温度、能见度和CO浓度分...     

城市快速通道入口匝道火灾反向通风烟气控制研究

利用数值模拟研究城市快速通道入口匝道火灾反向通风烟气控制模式下人员疏散的安全性。选取匝道长度为500 m，坡度为6%，火灾规模为22.5 MW的典型火灾场景，以2 m高处的温度及能见度作为判据，采用FDS和Pathfinder分析不同匝道火源位置情况下的人员疏散安全性。结果表明：当火源位置距离匝道入口处较近时，直接采用反向通风模式能够保证人员安全疏散。火源与匝道入口的距离会影响人员疏散的安全裕度，若火源位置距离匝道入口处较远，采用反向通风模式将影响匝道内人员的安全疏散。     

纵向风速对隧道细水雾灭火效果影响探讨

摘 要：为了探究细水雾和纵向通风共同作用下隧道内烟气运动情况,确定配置有细水雾灭火系统的隧道最佳通风策略。采用FDS建立了隧道细水雾数值模拟模型,分别计算了不同纵向风速情况下隧道内温度、有害气体浓度及辐射热通量的变化情况。结果表明：30 MW火灾规模下,烟气层在火源上风向15 m的喷雾区开始出现逐渐层降,烟气层下降至2 m以下;至300 s灭火结束时,上风向150 m内,烟气层全部下降至2 m以下。故火灾发生5 min后,人员疏散距离应大于150 m。对比相同通风风速下（1 m/s）细水雾施加前后辐射热通量变化情况得出,开启细水雾灭火系统25 s后,火源下游5 m处热辐射强度由6 kW/m2降至0。建议开启细水雾灭火系统时尽量保持隧道内1 m/s的通风风速。     

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。