分岔角对地下道路火灾烟气蔓延影响模拟

利用数值模拟研究岔路夹角及火源功率对城市地下道路平面分岔隧道内主、支路隧道烟气质量流量的分配特性及蔓延特性的影响。火源位于主隧道,距岔路口15m,设置火源功率为5、10、20、30MW。结果表明:20°~40°的分岔夹角变化范围内,岔路角度的改变对烟气沿火源上游主隧道的蔓延特性影响不大,但对火源下游主、支路隧道内的烟气蔓延有一定影响;岔路隧道的烟气质量流量分配比例随分岔夹角的增大逐渐减小,但总体变化幅度不大,支路隧道的烟气质量分配约占总产烟量的30%;火源功率对对主、支路隧道烟气质量流量分配比例影响不大。     

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。     

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。     

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。     

曲线隧道内烟气扩散特性模拟研究

通过FDS数值模拟对70、150、200、250、300、400m等不同半径及5、30 MW两种火源功率下曲线隧道内烟气的扩散规律进行研究,并与平直隧道内烟气的扩散特性进行对比。研究结果表明:曲线隧道内横断面上的烟气温度分布沿隧道中心线不是对称分布,隧道外侧烟气的扩散明显快于内侧;曲线隧道内距地面3m以上区域内温度沿长度方向的变化趋势与直线隧道相同,随着距火源距离的增加而逐渐降低,但在距地面较低处,烟气温度沿长度方向上的分布趋势是先升高后降低,在弯道部位出现局部高温。     

隧道横向偏置火源顶棚温度纵向分布特性研究

为研究隧道横向火源位置对隧道顶棚温度沿纵向分布过程的影响,采用数值模拟与全尺寸模型实验相结合的方法,分析3 种火源功率多种横向偏移位置火源燃烧产生的顶棚温升与对应中心火源工况沿隧道纵向不同位置的温度分布特性。结果表明：对于多种横向偏置火源位置,火源所处纵向的顶棚温升衰减仍可用指数形式描述,越靠近隧道侧壁,温升衰减速度越快。火源与横向中心的偏距和纵向距离的耦合影响对温升衰减规律可以用相对独立的公式形式进行描述。火源功率越大,不同偏距火源下影响温升纵向衰减的范围越小。     

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...     

基于大涡模拟的地铁区间火灾横向温度分布研究

对不同纵向通风速率、火源功率以及截面形状下地铁隧道内横向温度分布特性进行模拟研究。结果表明:火源功率越大,升温速度越快,但烟气层以下的壁面温度分布大致不变;纵向通风对衬砌表面温度分布有明显影响,纵向风速较小时,衬砌顶部温度最高,中部次之,地面最低,而纵向风速达到3m/s时,由于火源被吹倾斜,导致火源下游附近衬砌顶部温度最高,地面次之,中部最低的分布特性。同时,研究了隧道截面形状与温度分布的关系。     

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。     

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。     

岩后隧道火灾内部特征温度影响范围研究

为量化隧道内部发生火灾后的特征温度影响范围,以人眼高度的特征温度（70 ℃）和顶棚高度处的特征温度（334 ℃）作为影响范围界定参数。采用FDS数值模型方法研究了岩后隧道事故中单火源、多火源情况下的温度分布规律。研究结果表明：隧道中心线位置,无论是单火源还是多火源,人眼特征高度处的温度影响范围皆小于顶棚处温度影响范围。多火源时,在相邻火源区域间,人眼特征高度处温度出现明显叠加效应,而顶棚高度处则未出现该现象,但其区域内温度远高于人眼特征高度处,且衰减所需时间更长。以464 m长的岩后隧道为研究对象,30 s后距离第一火源50 m范围内的汽车已经达到可燃温度,360 s后距离第一火源184 m的煤车尚未达到可燃温度。人眼特征高度处烟流叠加区域温度呈现出极不稳定的动态升高,但最高温度较顶棚处低。叠加区域以外,顶棚处温度衰减比人眼特征高度处更为缓慢,但影响范围会持续扩大,受时间效应影响明显。     

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。     

The maximum temperature of buoyancy-driven smoke flow beneath the ceiling in tunnel fires

In order to detect a fire and provide adequate fire protection to a tunnel structure, the maximum gas temperature beneath the ceiling to which the structure is exposed needs to be estimated. Theoretical analysis of maximum gas temperature beneath a tunnel ceiling based on a plume theory is given. The heat release rate, longitudinal ventilation velocity and tunnel geometry are taken into account. Two series of model-scale experimental tests were also carried out. The results of both analysis and experiments show that the maximum excess gas temperature beneath the ceiling can be divided into two regions. When the dimensionless ventilation velocity is greater than 0.19, the maximum excess gas temperature beneath the tunnel ceiling increases linearly with the heat release rate and decreases linearly with the longitudinal ventilation velocity. When the dimensionless ventilation velocity is less than 0.19, the maximum excess gas temperature beneath the ceiling varies as the two-thirds power of the dimensionless heat release rate, independent of the longitudinal ventilation velocity. In both regions, the maximum excess gas temperature varies as the −5/3 power of the vertical distance between the fire source bottom and tunnel ceiling. The investigation presented here considers only the cases when the continuous flame region is lower than the ceiling height.     

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。     

Effects of buoyancy induced roof ventilation systems for smoke removal in tunnel fires

The present article highlights the performance of natural roof ventilation systems and its effects on tunnel fire flow characteristics. Numerical analysis is performed using Large Eddy Simulations (LES) to predict fire growth rate and smoke movement in tunnel with single and multiple roof openings. The smoke venting performance of ceiling vents are investigated by varying the vent size and fire source locations. The critical parameters such as mass flow rate through ceiling openings, smoke traveling time and fire growth patterns are presented. The ceiling openings are effective in transferring hot gases and reduces the longitudinal smoke velocity. The heat source and ceiling vent locations significantly affects the vent performance and smoke behavior in tunnel. The present results are in good agreement with the experimental results available in literature.     

隧道长度对烟气分布影响数值模拟

采用数值模拟方法,研究隧道长度对火灾烟气质量流量及烟气层厚度的影响。隧道长度分别设定为100,200,300,400,500 m。结果发现：设定条件下,烟气蔓延距离大于200 m时,烟气沉降明显,烟气质量流量和厚度呈现先增大后变小的趋势;烟气层下方存在诱导气流,二者之间的剪切作用共同影响烟气质量流量和厚度的变化;200 m范围内,诱导气流的速度随着与火源距离的增加而增大,主要是由于烟气层温度较高,浮力效应较强,从而卷吸下层冷空气,导致烟气质量流量和厚度增大,下方诱导气流空间减小,导致速度增加;200 m范围外,烟气层温度大幅降低,浮力效应减弱,诱导气流惯性力在二者剪切作用下占据主要作用,从而卷吸上层烟气,导致烟气质量流量和厚度减小。     

防火分隔及排烟措施对综合管廊电缆火灾烟气蔓延的影响

以某综合管廊为研究背景,利用PyroSim 模拟软件建立的仿真计算模型,研究了设立挡烟垂壁、改变防火门开启程度、增设排烟设施等情况下的烟气蔓延规律。研究发现：在烟气未充满管廊时,挡烟垂壁会使烟气蔓延速度降低,烟气蔓延速度与挡烟垂壁高度成反比;防火门打开会使火灾烟气蔓延至相邻防火分区,烟气蔓延速率与防火门开启程度成正相关;机械排烟设施会使烟气蔓延速度显著降低,最高降低约50%,当烟气完全充满整个管廊时,会显著降低综合管廊内烟气浓度,烟气层温度最高降幅32 ℃,能见度最高增加了66%。通过对综合管廊内烟气蔓延的研究,探寻防治综合管廊烟气蔓延的最佳措施,为综合管廊烟气防治的实际工程应用提供参考。