水幕与排烟系统协作下隧道火灾烟气防控研究

为优化选择水幕和机械排烟系统作用下最佳防排烟方式，运用FDS数值模拟方法探究排烟速率和水幕与排烟口间距对烟流分布的影响，并对11组模拟工况下排烟效率和烟气特征参数变化规律进行研究。结果表明:20 MW的火源功率下，排烟速率为60 m3/s、水幕与排烟口间距为12.5 m时，排烟效率较高且烟气特征参数满足安全要求，考虑防排烟的有效性和经济性，可选其为最优防排烟组合方式。研究结果对防排烟系统的设计具有指导意义。     

火源与排烟口布置对隧道火灾排烟影响的数值模拟

运用FDS软件对某半横向通风隧道火灾进行数值模拟,研究了火灾中火源与排烟口布置中烟气蔓延与排烟效果的影响。通过模拟6种不同火源与排烟口布置组合工况下隧道内烟气质量浓度、回流长度的变化规律,得出半横向通风排烟系统排烟效果规律。结果表明:火源位于隧道中间与右车道时,隧道内烟气质量浓度分布基本相同,表明火源位置横向分布对半横向通风系统排烟效果几乎没有影响,而排烟口分布对火灾烟气的蔓延影响较大,排烟口位于烟道板两侧时隧道内烟气质量浓度和回流长度都明显小于当其位于烟道板中部与右侧1/3处时,表明排烟口位于烟道板两侧时隧道排烟系统排烟效果较好,而排烟口位于烟道板中部与右侧1/3处时,两者排烟效果相同,这与文献的小尺寸试验研究结果相吻合。     

地下换乘大厅火灾烟气温度分布研究

为合理设置城市综合交通枢纽地下换乘大厅排烟口高度,基于Froude准则,搭建比例为1∶10的地下换乘大厅机械排烟-补风试验平台。利用平台和数值模拟方法,试验研究地下换乘大厅火灾烟气在3种不同热释放速率(HRR)及4种不同排烟量条件下的温度分布,并探究排烟口高度的5个数值所对应的排烟效率。结果表明:HRR是影响地下换乘大厅烟气温度的主要因素,HRR越高,顶棚烟气温度越高;排烟口高度对大空间排烟效率影响较小;烟气竖向温度分布在6 m高度处出现明显分层现象,就净空高度为10 m的换乘大厅而言,排烟口宜设置于顶棚以下2~3 m处,此工况下排烟效率较高。     

隧道集中排烟速率对排烟口下方烟气层吸穿现象的影响

以水平公路隧道为研究对象,运用FDS进行数值模拟,分析了集中排烟模式下对称开启的6个排烟口下方的烟气蔓延规律、烟气层温度和厚度分布规律。结果表明,当排烟速率增大到一定程度时,隧道集中排烟系统存在多个排烟口下方烟气层吸穿的现象,且离火源越远的排烟口越容易发生吸穿,而吸穿会降低整个排烟系统的排烟效率,可能导致排烟口烟气拥堵,易对疏散救援造成消极影响。通过定量描述烟气层厚度和温度与排烟速率之间的关系,获得排烟口下方吸穿的排烟速率范围。     

地铁区间隧道半横向排烟方式的数值模拟研究

为了研究地铁区间隧道半横向排烟方式对排烟效果的影响,利用火灾动力学模拟软件FDS研究在车厢内部着火且火源功率为5 MW的情况下,不同的排烟道高度、排烟风速、排烟口开启个数对隧道内烟气控制的影响,即对不同工况下,隧道内烟气蔓延情况、人眼特征高度处的CO浓度、温度进行研究并作对比分析。结果表明,综合考虑排烟效果与隧道挖掘成本,排烟道设置高度为1.6 m较为合适;排烟风速控制为10 m/s并且开启火源附近2个排烟口能获得较好的排烟效果。     

隧道侧向排烟口尺寸对排烟效果的影响研究

为探明隧道侧向排烟口尺寸对排烟效果的影响,研究了不同隧道宽度与排烟口宽高比条件下排烟口温度分布。结果表明随着排烟口宽高比的增大,排烟口温度分布水平对称性逐渐显著。随着宽高比的增大,排烟口内烟气所占比例不断增大,排热效率逐渐增加。随着隧道宽度的增大,排烟口处烟气温度与烟气层厚度不断降低。当宽高比小于2/3时,排烟口排出气体中烟气比例基本不随隧道宽度的变化而变化;当宽高比不小于2/3时,烟气比例随隧道宽度的增加先增大后减小,排烟效果优劣的顺序依次为:隧道宽度20 m、10 m、25 m、15 m。     

基于空气幕与排烟系统的隧道火灾烟气控制研究*

为研究隧道火灾时空气幕与排烟系统复合模式下的烟气蔓延规律,优化选择防排烟方式,以某越江隧道为研究对象,运用FDS数值模拟方法探究射流速度、排烟量和空气幕与排烟口间距对防排烟效果的影响。结果表明:空气幕与排烟口间距对射流特性与烟气蔓延有较强影响,间距为30 m的控烟效果最佳;空气幕与机械排烟复合作用的控烟效果远优于每个独立系统,可实现可靠挡烟和有效排烟;当火源功率20 MW时,随空气幕射流速度的增加挡烟效果有所增加,但射流速度不宜过大,取20~30 m/s;机械排烟对温度与可见度影响比空气幕作用效果显著,一定程度上增加排烟量可降低所需气幕射流速度;综合考虑防排烟的有效性和经济性,取射流速度为20 m/s、排烟量为100 m3/s为最优防排烟组合方式。     

侧部集中排烟隧道排烟量优化研究

从火灾烟气蔓延及其控制效果出发,采用FDS6. 2构建东湖隧道侧向集中排烟模型,通过对不同排烟量下隧道内烟气蔓延范围、排烟效率、温度场、人员疏散微环境排烟效果指标进行定量分析,得到东湖隧道侧部集中排烟系统在20 MW火灾时合理排烟量为300 m3/s。研究表明,侧部集中排烟模式下,当风机排烟量大于有效控烟所需风量时,配以2. 69 m/s隧道断面风,风机排烟量越大对隧道内火灾烟气蔓延的控制效果越明显。     

空气幕对地铁隧道火灾温度及流场的影响研究

为探明空气幕对地铁隧道内温度及流场分布的影响,通过火灾动力学求解器(FDS)研究不同火源热释放速率(HRR)、空气幕射流速度和射流角度下隧道内纵向温度、拱顶最高温度及流场分布。结果表明:火源HRR为10、15和20 MW时,空气幕射流速度至少为16、18和20 m/s才能保证烟气控制效果;当射流角度小于45°时,增大射流角度能加速拱顶温度衰减;当射流角度大于45°时,射流角度对拱顶温度衰减的影响很小;拱顶最高温度随着射流速度增大而减小,随着射流角度的增大而增大,射流角度通过影响火源与空气幕之间的旋涡来改变隧道内的温度分布。     

集中排烟公路隧道临界排烟速率计算模型

为合理设计公路隧道排烟系统的排烟量,采用1∶20缩尺寸模型试验的方法,研究临界排烟速率对公路隧道集中排烟系统排烟效率的影响。首先,通过测量火源功率的6个数值、不同机械排烟量条件下排烟口下方烟气层温度、厚度,得到不同火源功率下发生吸穿时的临界排烟速率试验值;然后,将试验值与Heselden模型、TM 19-1995模型计算值进行对比,分析2种排烟模式下的临界排烟速率计算模型的差异性;最后,在TM 19-1995模型的基础上,引入火源功率修正系数,得到修正后随火源功率变化的集中排烟隧道临界排烟速率计算模型。结果表明:集中排烟公路隧道内发生吸穿时的临界排烟速率明显大于Heselden模型、TM 19-1995模型的计算值,且临界排烟速率值与火源功率线性相关。     

受限空间水幕隔热阻烟性能的试验研

为了研究消防水幕衰减火灾热辐射和阻隔火灾烟气蔓延的隔热阻烟特性,基于搭建的3 m× 3 m × 2.5 m（长×宽×高）小尺寸试验平台,开展大量实体火灾试验,研究水幕作用下空间温度分布特性以及烟气运动规律,并重点分析了喷头压力和喷头类型2种参数对水幕隔热阻烟性能的影响。结果表明:实施水幕分隔对火灾上层高温烟气具有明显的降温作用;实施水幕能够有效阻止火灾烟气的前期扩散;喷头压力越大,水幕的隔热效率越高,当喷头压力增大至0.6 MPa时,水幕的隔热效率可达70%以上;使用ZSTWC撞击式水雾喷头比ZSTM-AT式扇形水幕喷头更有利于形成均匀分布的水幕断面。     

地铁站细水雾幕挡烟效果的数值模拟研究

地铁站台层发生火灾时,烟气会从站台层经过楼扶梯开口蔓延至站厅层,因此, 楼扶梯开口处的挡烟效果对人员安全疏散影响重大。通过搭建全尺寸地铁站数值模拟模 型,对细水雾幕和排烟系统作用下楼扶梯开口处的挡烟效果进行了模拟研究,结果表明 :当仅设置挡烟垂壁时,挡烟垂壁有一定的蓄烟作用,但仍有大量烟气通过楼扶梯开口 从站台层蔓延至站厅层;设置细水雾幕可在一定程度上阻止烟气通过楼扶梯开口从站台 层蔓延至站厅层,有效降低烟气温度,但由于细水雾向下的冲量破坏烟气层的稳定性, 使得细水雾幕附近的烟气层高度降低;同时设置细水雾幕和排烟系统可实现良好的挡烟 效果,在楼扶梯的中段附近已基本不受火灾烟气的影响。     

不同防排烟方式下车厢火灾烟气运动的数值模拟研究

为了揭示车厢内部火灾烟气在不同防排烟方式下的迁移特征,优化选择最优防排烟方式,运用火灾动力学软件FDS对CRH2A动车组的一节车厢进行模拟计算。分别采用机械排烟系统、空气幕系统及二者复合系统对车厢内烟气进行控制,对比分析不同排烟系统下车厢内烟气温度、烟气层高度和烟气浓度的变化规律。结果表明:随着排烟量的增加排烟效果显著增大,但排烟量不宜过大,当固定功率为0.2 MW时,V2=0.87 m3/s排烟效果最佳;空气幕在一定程度上可以阻挡烟气蔓延至相邻车厢,机械排烟在降低烟气温度与浓度方面的效果比空气幕系统明显;每个独立系统的控烟效果远不及二者复合系统效果明显。综合考虑防排烟的有效性和经济性,在本文设定工况下,V1=1.12 m3/s、V2=1.62 m3/s为最优防排烟组合方式。     

建筑物最佳机械排烟量的研究

基于工程性能的防排烟设计,最佳机械排烟量的确定是个关键性的问题。在分析火灾中烟流性状的基础上,给出了火灾安全疏散判别依据,从烟控系统性能化设计的角度提出了最佳机械排烟量的基本思想,并利用实例进行了验证。计算结果表明:综合了安全性和经济性的最佳排烟量定义是正确的,该建筑物的最佳机械排烟量为72m3/(h.m2)。研究成果对建筑物防排烟系统的性能化设计具有重要参考价值。     

胶带运输巷水幕抑制火灾烟气效率影响因素实验研究

针对胶带运输巷火灾时期有毒烟气蔓延严重威胁工作人员的生命安全问题,提出利用水幕阻烟法抑制火灾烟气传播,搭建小尺寸实验台研究水幕对矿井巷道火灾烟气的阻挡效果。通过分析火灾烟气的运移规律,测量温度分布、非水溶性火灾烟气体积分数的变化,检验矿井运输巷内设置水幕阻烟的有效性。实验结果表明:水幕开启后,其下游空间烟气体积分数降低,能够有效阻止火灾烟气的扩散;水幕远离烟气源、增加水幕层数、水幕向上喷射、喷头压力增大均能够提高水幕的阻烟效果。实验为矿井巷道等地下建筑的防排烟设计提供了思路,对火灾的救援与人员的疏散具有重要意义。     

纵向排烟与集中排烟下烟气控制效果的对比研究

以某特长公路隧道为研究背景,采用缩尺寸试验测试、数值模拟的方法分别对纵向排烟和集中排烟模式下隧道内火灾烟气的蔓延特性进行了研究,并对比分析了两种排烟系统在火灾工况下对烟气的控制效果。结果表明,纵向排烟模式将火灾烟气控制在火源下游并从隧道出口排出,高温烟气蔓延范围较长;集中排烟模式通过排烟阀将烟气抽离行车道,有效地控制了烟气蔓延和沉降,高温烟气维持在行车道的上部空间,主要通过竖井排出隧道。采用纵向排烟模式的坡度隧道烟气控制受烟囱效应影响较大,而在设置排烟道的坡度隧道中,将排烟阀开启进行自然排烟就能有效地减弱烟囱效应。因此,采用集中排烟模式的防灾安全性能要优于采用纵向排烟模式。     

高架仓库火灾烟气运动和控制数值模拟研究

根据哈尔滨某纺织品仓库的实际尺寸建立几何模型,应用大涡模拟(LES)方法对机械排烟模式下仓库火灾的热释放速率、温度流场、能见度变化情况进行数值模拟,得出了火灾的发生发展、火场温度分布、烟气流动状况及其组分浓度等参数随时间的动态变化规律。模拟结果表明,机械排烟可以将烟气控制在8m以上的空间内,有效地抑制烟气向仓库下部扩散,使仓库内的温度和能见度不影响人员安全疏散。研究成果可以为合理地设计大型高架仓库的防排烟措施提供参考。     

地铁侧式车站列车火灾排烟模拟研究

利用火灾动力学模拟方法,对地下一层地铁侧式车站列车火灾的烟气蔓延规律和排烟效果进行了模拟研究。首先生成了地铁车站的三维模型,基于通风排烟系统的事故运行方案,对列车火灾烟气扩散过程、气流组织模式和烟气参数进行了计算模拟。模拟表明：排烟系统启动后,中间隧道的两端向内形成了大于5m/s的流速,屏蔽门处流速为站台流入隧道,可有效阻碍烟气进入站台区域,烟气排放主要通过车站轨顶风口排放,烟气在500s左右进入站台,排烟系统有效减缓烟气在站台的下降时间,为列车内乘客疏散提供了可用的安全疏散时间。