基于火源和疏散信息的建筑火灾烟气控制策略模拟

建筑火灾救援中,赢取时间对人员救援十分重要。为了延缓火灾蔓延,降低烟气速度和温度,可以利用暖通空调系统(HVAC)、门等各种设备进行烟气控制。该文以人员疏散软件CFE为工具对火灾人员疏散进行模拟计算,获取人员信息,提出基于人员和火源信息,利用HVAC、门等设备的建筑火灾烟气控制策略方案。同时采用大涡模拟,以火灾模拟软件FDS为工具对不同结构建筑火灾烟气控制效果做模拟研究。模拟结果证明:基于火源和人员疏散信息,利用HVAC、门等设备的烟气控制策略可以有效控制烟气蔓延,减小烟气下降速度大约15%,降低烟气温度大约25%,降低空气中有毒有害气体质量分数37%左右。这些均有助于改善人员疏散成功率。     

公路隧道火灾自然排烟模拟及人员疏散优化建议

对隧道火灾排烟技术进行了分析,得出了火灾条件下各类隧道最佳排烟方案。针对某城市公路隧道选择自然排烟方式进行数值模拟,确定了不同的火源功率下自然排烟开口面积要求,找出了二者的定量关系式,研究对比了火灾烟气蔓延长度及烟层厚度的变化规律,并就隧道人员安全疏散给出了建议。     

顶棚烟道对隧道火灾烟流场和温度场影响的分析

基于一种顶棚设有烟道的新型隧道结构,采用FDS软件,对该隧道内发生火灾时的烟气蔓延和温度分布进行模拟分析,并与常规隧道进行比较。结果表明：烟道的设置降低了人员逃生的相对长度,但使得位于火源点2端烟道口内外侧的隧道顶部烟气浓度均有所增高;烟道口处设有一定的排风时,可加速烟气进入烟道从而排出的速度,使得2端烟道口外侧的烟气浓度和温度大大降低,提高了人员逃生的安全系数,也使得火灾发生时消防人员可从上、下游两个方向对火灾进行扑救。该种隧道结构为人员逃生、消防人员对火灾的扑救、隧道结构的维护提供了一种新的方式。     

城市地下联系通道火灾通风排烟设计方法

 城市地下联系通道是一种新型地下交通形式,其火灾通风排烟设计较一般城市直线型隧道更为复杂。针对地下联系通道的构造特点,提出火灾时将车行通道视为一个独立于地下车库的构筑物,依据竖井和出入口布局,利用防火卷帘将整个通道分隔成多个排烟控制区段,使烟气在设定排烟区段内沿车行方向排出地面的火灾通风排烟设计方法。以苏州火车站UTLT为依托工程,将其划分为8个排烟控制区段和3类通风排烟组织方式,利用FLUENT对典型场景火灾烟气蔓延进行模拟计算。模拟结果表明,烟气被限制在设定排烟区段内流动并排出地面,且防止了烟气逆流产生,可有效保证火源下游车辆和火源上游人员的逃生安全,验证了火灾通风排烟设计的合理性。     

某多匝道城市地下道路纵向排烟系统运行优化

为研究多出入匝道的存在对隧道纵向排烟系统效率的影响,采用通风网络对某多匝道城市地下道路分段纵向排烟系统的烟气控制效果进行了模拟分析,得到了不同火灾场景中风机运行的最佳策略。结果表明,对于该城市地下道路而言,火灾发生时各段排烟风机不必全部运行即可达到所要求的临界风速值,火源段下游竖井附近风机需逆转运行才能防止竖井上游烟气向下游扩散,从而提高其排烟效率;若主线隧道发生火灾,匝道风机最好停止运行,以帮助主线隧道达到较好得控烟效果。     

隧道火灾上游烟气温度分布规律的实验研究

隧道一旦发生火灾事故,火源上游蔓延烟气温度的高低决定着司乘人员逃生的危险程度。通过分析在1/20小比例尺寸隧道模型中开展的26种隧道较大火灾规模实验场景所对应的实验数据,研究了不同燃料类型、不同隧道截面尺寸的隧道火灾在不同纵向通风风速工况下对火源上游烟气温度的影响。研究结果表明,隧道宽度和纵向风速对顶棚下方烟气温度最大温升影响不大,而隧道高度对其影响较大;此外火源上游烟气温度随着纵向风速的增大而减小,随着隧道横截面尺寸的增大而增大;最后给出了隧道火灾顶棚下方火源上游烟气无量纲温升与无量纲距离的关系模型。     

室内火灾烟气层高度的理论与模拟研究

通过对室内火灾中烟气层质量守恒方程的求解,得出了烟气层稳定高度的数学表达式,分析了影响烟气层下降速度和稳定高度的因素,并运用CFAST区域模型进行了数值模拟。结果表明,室内火灾烟气层下降到一定高度将达到稳定,下降速度和稳定高度与火源大小、房间几何尺寸等因素有关;火源功率越大、房间面积越小、通风口越小,烟气层下降速度越快;房间面积和房间高度越大、通风口越小,烟气层的稳定高度越小,改变火源如果引起烟气净累积量增加则稳定高度减小,反之,稳定高度将增大。     

移动火源隧道火灾拱顶温度变化规律数值模拟

 为研究动态火源对隧道拱顶温度场分布影响规律,针对隧道中动态火源火灾,在自然通风条件下,静止、40km/h及60km/h等速度的20MW火源在隧道内穿行的火灾过程,采用火灾动力学模拟器Fire Dynamic Simulator(FDS)进行火灾场景的模拟与计算.重点对火源在隧道行进过程中拱顶沿纵向温度分布、温度峰值变化规律及影响因素进行分析.研究结果表明,通风是影响隧道火灾温度的主要因素,移动火源在一定程度上打破了隧道内由于顶棚射流引起的热烟气与冷空气的动态循环机制,活塞风尾段涡流会引起隧道流场变化,一定程度阻碍了燃烧释放热量向火源行进逆向的扩散,并将高温气流带向其运动方向.     

射流风机位置对隧道火灾烟气蔓延特性的影响

为探明隧道火灾临界风速时的火区通风阻力,并明确射流风机局部风流场对隧道烟气蔓延的影响规律,采用计算流体动力学软件ANSYS Fluent,建立了考虑20 MW火灾长度800 m的1∶1隧道数值模型。通过开展5 MW隧道火灾数值计算和1∶10物理模型试验,以临界风速和温度为指标,验证所建数值模型的合理性和适用性。确定隧道火灾临界风速及火区通风阻力,并在临界风速条件下,进行火源与射流风机不同相对位置时隧道火灾场景的数值计算。研究结果表明：300 m隧道内5 MW火灾,临界风速约为2.0 m/s,火区通风阻力约为3.0 Pa; 800 m隧道内20 MW火灾,临界风速约为2.8 m/s,火区通风阻力约为7.0 Pa。在20 MW火灾临界风速条件下,当火源位于风机下游40 m范围内,烟气分层完全被破坏,火源下游区域不利于人员疏散,当火源位于风机下游80及120 m处,烟气状态分别为分层较好和分层良好,相应的火灾危险区域分别为火源下游300 m范围内和火源下游100 m范围内;当火源位于风机的上游,烟气蔓延至风机位置前分层良好,蔓延至风机位置后,随高速射流迅速向下部扩散并充满隧道断面,风机下游区...     

隧道内纵向风速对火源上方烟气温度影响的试验

在我国西南某省公路隧道内进行了全尺寸火灾模拟试验,对不同纵向风速、不同火源功率下火源上方典型位置的烟气温度值进行了测量和分析,并对测得的典型结果与理论计算值进行对比.结果表明：试验测得的火源上方最高温升值与理论计算值符合得非常好,该理论计算方法可以用于今后的工程计算之中;另外在隧道内纵向风速较大时,火羽流将产生很大倾斜,导致火源上方顶棚附近的烟气温升不大,单纯采用缆式线型感温火灾探测的方式无法对早期隧道火灾进行报警,应该增加基于其他火灾特征量的火灾探测装置.     

Experimental Study of Tunnel Fire with Natural Ventilation

The 1/15 reduced-scale experiments using Froude scaling were designed to study the effect on the smoke control efficiency for subway tunnel fires with natural ventilation mode.The propane gas fires with heat release rate 11.48 kW was used,which corresponds to the heat release rate 10 MW in the full-scale tunnel.The temperature distributions under the ceiling were measured by K-type thermocouples to investigate smoke move-ment,and the velocity of smoke in shafts was measured by hot-wire anemometer to obtain the smoke extract amount of ventilation shafts.The results show that the smoke temperature under the ceiling varies with the lon-gitudinal different distance from fire Source.The results also show that the smoke temperature distributions and the smoke control efficiency in tunnel vary with the space between ventilation shafts and vary with the area and the height of ventilation shaft.     

公路隧道竖井纵向式通风探讨

介绍了公路隧道竖井通风方式的分类和特点，探讨了竖井纵向式通风形式的机理，指出对于双向交通隧道宜采用合流型集中排风式；对于单向交通隧道应采用分流型集中排风式或送排式，对于特长隧道，可以采用数个竖井的送排式通风。     

半敞开式隧道火灾的理论分析

为了研究隧道火灾的火羽流特性,验证半敞开式隧道采用自然通风模式下发生火灾时是否安全,在已建成的半敞开式隧道中设计并实施了全尺寸火灾试验,得到了半敞开式隧道火灾的烟气温度变化规律和烟气纵向蔓延数据.用OriginPro7.5软件对实验数据进行处理、拟合,得到隧道火灾烟气温度随着离开火源距离纵向衰减的规律;结合火灾动力学分析建立了预测烟气逆流距离的理论模型.根据隧道火灾实验结果与理论模型预测结果的对比,验证了所建理论模型的有效性.全尺寸火灾实验结果验证了李开源和H.Kurioka等人建立的隧道火羽流模型及其计算公式可以用于半敞开式隧道自然通风的研究.     

不同通风模式下隧道酒精池火热传递过程

为分析不同通风模式对于池火热传递过程的影响,在隧道模型内进行直径0.5 m酒精池火实验,测试和对比燃料质量损失速率、火场温度、火焰辐射热和对流换热热通量.结果表明:在0.5 m/s纵向排烟模式下,旺盛阶段连续火焰区火焰辐射热通量比自然通风条件增加了30%左右,这对火灾热传递过程控制不利.在0.8,1 m/s纵向排烟条件下,旺盛阶段连续火焰区火焰辐射热通量及上部热烟气层温度显著降低.0.5 m/s顶部排烟显著降低了旺盛阶段连续火焰区火焰辐射热通量,火灾最晚达到旺盛阶段,较早进入衰减阶段.0.5 m/s顶部排烟是本实验条件下最佳的排烟模式.     

火灾时隧道火风压及其对通风影响的试验研究

借助大比例火灾模型试验，研究了火灾工况下隧道内压力场的发展变化状态及火风压产生的机理，分析了通风速度、火灾规模、隧道坡度和烟流蔓延长度等对火风压的影响规律，以及火灾对隧道通风系统的影响．试验结果表明：火风压随着上述影响因素的增大而单调增大，但增长速率减缓；同时，火灾引起的火风压会极大地影响隧道的正常通风．建议对于长大隧道，发生火灾时，应及时将烟流的蔓延长度控制在尽可能短的范围内，以便减弱火风压对通风系统的影响．     

长大公路隧道火灾温度场分布试验研究

为了掌握长大公路隧道内的火灾行为,提升秦岭特长公路隧道的火灾安全性,进行了火灾时隧道内温度场的纵向、横向分布规律及温度场扩散范围的大比例(1:6)火灾模型试验.模型隧道内径为1.8 m,长100 m.隧道内的风速在10 m/s范围内.试验中设定了3个火灾规模用以模拟实际的隧道火灾场景.试验中隧道内烟流温度通过CAN数据采集系统自动记录.试验结果表明,横向温度分布呈现拱顶最高,拱腰、边墙次之,底部最低的规律.对纵向温度分布而言,火区温度最高,随着远离火区温度逐渐降低.火灾规模及通风速度对温度分布及温度扩散范围具有明显的影响.随着火灾规模的增大,隧道内各点烟流温度及影响范围均增大.而随着通风速度的增大,温度扩散范围增大,火区最高温度降低,隧道内温度分布趋于均匀.此外,根据试验成果对结构防火措施、设备布置方案、火灾时通风风速的设定以及行车距离的限制等给出了合理的建议.     

公路隧道运营期火灾数值分析

为满足公路隧道火灾安全体系研究方面的需要,以某隧道为对象,采用CFD方法建立隧道火灾烟气流动数学模型,对该隧道在纵向通风控制条件下的火灾烟流进行了数值模拟,给出不同火灾规模下烟气层、温度场以及CO含量的分布规律。     

苏州火车站地下交通联系通道火灾烟控方案的性能

针对苏州火车站地下交通联系通道工程实际,建议增设防火卷帘对通道进行物理隔断,以地面出入口和风井划分排烟控制区段,提出不同火灾位置时的排烟控制方案.借助火灾动力学模拟软件FDS模拟苏州火车站地下交通联系通道火灾烟气的蔓延情况,结合火灾发生时人员和车辆利用通道内既有设施进行疏散的安全性分析,对各烟气控制方案的通风排烟效果进行性能化研究,验证了火灾烟控方案的有效性.