LNG 槽车车载水喷雾装置抑制燃烧机理研究

以LNG槽车操作箱为研究对象,通过建立受限空间内介质泄漏后水雾抑制燃烧非稳态数值模型,研究水雾喷头高度、双喷头水平间距、雾化角度对抑制燃烧效果的影响规律和作用机理。结果表明：操作箱内相对湿度随着喷头高度、双喷头水平间距、雾化角度的增加先升高后降低。喷头高度越高,蒸发速率和平均湿度初始上升速度越快,达到的蒸发速率峰值越高,达到峰值后下降速度也越快。合理设置水喷雾装置能够显著加速流场流通速率,均匀流场分布,防止泄漏气体积聚,增加平均湿度,有效预防火灾爆炸事故的发生。     

细水雾在公路隧道内火灾控制性能研究

建立隧道模型,改变火源功率、火源位置、细水雾喷头个数、雾滴直径等参数设置火灾工况,研究细水雾对城市公路隧道火灾的控制性能。研究结果表明,细水雾具有良好的降温隔热效果,能较好阻止火灾烟气的扩散。火源靠近隧道侧壁时细水雾降温效果略差于火源位于隧道地面中心时;喷头压力越大,喷雾粒径越小,与烟气的接触面越大,吸热蒸发效率越高,降温效果越好。     

巷道火灾中烟气流动规律研究

矿井火灾烟气蔓延,威胁着井下工作人员的生命安全。文章利用FDS软件模拟不同风速和不同火源位置下烟气蔓延特性,应用烟气温度、烟气浓度等参数,得到不同工况下烟气流动规律,结果表明:不同火源位置下,烟气流动差异很大;通风风速越大,火源上风侧烟气浓度越低,下风侧烟气聚集越多。     

不同雾化角作用下隧道火灾烟气温度分布研究

使用FDS建立全尺寸盾构隧道模型进行数值模拟。设置小汽车和客车火灾,火源功率分别取10、20 MW,纵向通风风速分别为0、1、2、3 m/s,研究不同雾化角下隧道火灾的最高烟气温度和纵向温度分布规律。结果显示:无水喷雾系统作用下的最高烟气温度模拟值和Li模型的预测值近乎相同,但水喷雾系统作用的最高烟气温度低于Li模型的预测值;在纵向通风和水喷雾流量为定值时,最高烟气温度随着雾化角的加大而增大。引入无量纲修正系数表示雾化角对最高烟气温度的影响,建立纵向通风隧道内最高烟气温度和雾化角之间的相关性。随着雾化角逐渐加大,纵向温度衰减显著增大。引入无量纲修正系数Kdown表示雾化角与纵向温度衰减的关系,建立纵向烟气温度分布指数方程,为消防工程师估算结构设计中的烟气运动提供帮助。     

自动喷水灭火系统对地铁烟气特性的影响

以岛式地铁站台为研究对象,利用FDS 软件建立火灾数值模型,模拟计算有、无自动喷水灭火系统对地铁站台中部行李火灾烟气特性的影响。结果表明：有自动喷水灭火系统时,地铁站台烟气蔓延速度及烟气温度会得到抑制;自动喷水灭火系统对烟气中CO 质量浓度及烟气能见度影响不大;烟气中CO 质量浓度在火源附近区域变大,远离着火源区域变小;烟气能见度在火源附近区域会降低,远离火源区域会提高。     

新型细水雾灭火喷头的结构优化与分析研究

根据射流的基本原理,对水滴的产生、射流的属性、各种喷头的结构进行分析,得到喷射细水雾对喷头的基本要求。根据需求优化喷头结构,提高细水雾质量,增大喷雾半径,扩大保护范围。运用Fluent对改进的喷头和未改进的喷头进行模拟,分析压力场、速度场及密度场,对喷头进行评定。结果表明,扩散角的结构对增加喷雾半径和提高水雾动能有很大帮助。     

船用细水雾灭火喷头结构优化与分析

根据液体的雾化和灭火机理,对细水雾的液滴形成和破碎过程、影响液体雾化的因素、多种船用细水雾喷头结构的优劣进行分析,得到细水雾雾化对喷头的基本要求。设计船用喷头采用螺旋内流道,使液体在室内进行强烈的旋转,以提高水雾动能,加强离心雾化效果,增强灭火能力。运用STAR-CCM+对直射式喷头和改进的离心喷头进行对比分析,得到流场以及流场内有关面上的压力、速度、流动迹线以及液相水的体积分数。结果表明,螺旋流道的离心结构喷头可以增大喷雾半径、扩大保护范围、提升灭火效果。     

喷淋水幕抑制化工聚集区火灾效果研究

为了揭示不同工况下喷淋水幕对化工聚集区火灾抑制效果影响规律,建立了FDS数值模型,通过改变单一变量分别模拟水幕开合状态、不同水幕排数、不同水幕喷头高度下火灾发展过程,分析不同工况条件下火源温度变化规律和烟气蔓延规律。结果表明：喷淋水幕开启后,位于储罐上方及水幕帘后的测点温度峰值同比下降19%及36%,可有效抑制高温烟气层蔓延;双排水幕帘相比单排水幕帘在抑制火源温度及烟气蔓延更具成效;初始喷头高度5.8 m时,相比其他高度在降低温度、加速烟气沉降方面更具优势。     

细水雾幕优化及挡烟有效性模拟研究

为提高细水雾幕在挡烟方面的适用性,对传统细水雾喷头结构、喷嘴布局进行了优化。运用FDS对优化前后细水雾幕作用下走廊内烟气流动特性进行数值模拟。结果表明,喷头优化后,细水雾幕加剧了挡烟侧的空气环流,抑制CO向下游迁移,抑制效果优于普通水雾幕;下游温度比优化前大为降低,降温幅度达4℃左右;优化前后细水雾幕均无法隔断CO蔓延,但优化后的水雾幕能降低走廊下游的CO体积分数。     

不同氧浓度船舶机舱油池火灾热流场特性

搭建1.5 m×1.5 m×1.0 m的船舶封闭舱室火灾实验平台,以柴油池火为火源,对初始氧气体积分数为19%、20%、21%条件下的火灾演变特性进行研究。采用数值模拟和实验相结合的方法,分析舱内温度场和速度场的变化。研究结果表明:燃烧初期阶段,初始氧气浓度增加,靠近火焰根部的温升明显,而顶部区域的升幅较小;燃烧后期阶段,初始氧气浓度降低,火焰燃烧状态改变,燃烧速率和燃烧温度降低。初始氧气浓度的降低使舱内整体温度和空气流速下降,油池火燃烧速率随之下降。     

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。     

地铁长区间隧道火灾双点排烟烟气分布特性

基于1∶20缩尺模型隧道,设置4种风口尺寸、3种火源热释放速率,改变排烟量,设计33个工况研究地铁长区间隧道火灾双点排烟的顶部烟气温度分布特性与烟气流动特性。实验发现,地铁长区间隧道火灾顶部烟气温度随着与火源之间的距离的增大而减小,在排烟风口处烟气温度突然下降;烟气温度随着火源热释放率的增大而增大,排烟口尺寸和排烟体积流量对隧道顶部烟气温度的影响不大。火灾中,应将烟气控制在火源段,保证非火源段烟气排净。     

充气膜结构火灾下烟气运动特性研究

基于火灾燃烧模型理论,利用FDS对典型充气膜结构在单一火源情况下的压力、CO体积分数和能见度进行了研究。数值模拟结果表明,温度对压强影响较大;火源位置的改变对充气膜结构内的烟气流动影响极大;在火源附近处垂直高度最高点的相对压强、烟气温度、CO体积分数上升速度很快并且数值相对较高,烟气层的高度和能见度最低;风速对压强和能见度有极大影响。在此基础上提出排烟和疏散的设计建议。     

室内火灾危险性分析

利用FDS软件模拟火源在室内不同位置处火灾的危险性,分析火源在不同位置时室内烟气层的温度、氧气体积分数及烟气层高度的变化规律。模拟结果表明:火源在门开口径向方向时,室内1.5 m高度以下空间的烟气层温度较高,氧气体积分数较低,而1.5 m以上情况相反;火源位置距离开口越近,烟气层高度越低,危险性越大。     

细水雾对综合管廊火灾烟气影响研究

通过实体实验及FDS数值模拟研究细水雾对综合管廊火灾烟气的影响规律。实验采用支线综合管廊,尺寸为12.0m×2.5 m×2.9 m,两端开口,风速0 m/s。实验结果及模拟结果表明:细水雾能有效降低管廊顶棚温度,火源正上方降温效果最明显;但细水雾作用会增加管廊顶棚烟气浓度和管廊内空气流动速度,降低烟气扩散高度,并使管廊内出现空气回流现象。     

综合管廊电缆燃烧烟气温度实验研究

为研究综合管廊内电缆燃烧烟气温度特征,建立了1∶3.6小尺寸综合管廊模型,进行电缆火灾燃烧实验,对温度数据进行分析。结果表明:火灾烟气温度存在纵向衰减,且距火源越近处衰减速度越快;电缆水平燃烧蔓延速度约为0.023 5 m/min;与火源同一横截面、距火源0.3 m处垂直方向上烟气温度呈现出明显的跳跃现象;与水平方向夹角45°处是弧度方向上烟气温度由低温向高温的过渡位置。应加强综合管廊内上部结构的抗火性能以及与水平方向夹角45°及以上区域的防火设计。     

区间隧道火灾临界风速和温度特性

为了研究地铁区间隧道火灾临界风速和温度变化规律,建立了西安某地铁站区间隧道模型,采用FDS模拟软件对不同纵向通风条件下烟气流动和温度分布进行模拟。介绍模型的基本参数,根据Froude相似性原理建立了各个燃烧参数的相似性关系。利用FDS模拟不同火灾功率、不同通风速度时的温度和烟气速度分布。对比分析5、6、7、8、9、10 MW火灾功率下的临界风速变规律化并提出预测模型。结果表明:纵向通风风速设为3m/s时对防止9 MW以下的火源功率火灾烟气回流效果明显;热释放速率不大于10 MW时,隧道火灾中烟气温度不大于250℃,火源下风侧烟气流动速度不大于4 m/s。     

空气幕对隧道火灾烟气蔓延影响数值模拟

设置火源功率为20 MW的公交车起火的火灾场景,利用FDS模拟的方法对比分析有、无空气幕时隧道内火灾烟气蔓延情况,包括烟气浓度、温度、能见度和流速等参数的变化,研究空气幕对隧道火灾烟气蔓延特性的影响。结果表明,火源两侧设有出口射流方向朝下、射流速度为15 m/s的空气幕时,火灾烟气可较好地受控于这两个空气幕形成的区域内。     

隧道细水雾段阻烟隔热效果相关特性研究

为研究细水雾段在隧道火灾中的阻烟隔热效果,采用缩尺隧道模型火灾试验和FDS模拟方法,在不同细水雾段的喷头工作压力和火源功率条件下开展研究,分析温度变化。试验采用长30.0 m、宽3.0 m、高2.2 m的矩形断面模型隧道,缩放比为1∶3。结果表明,在自然通风隧道内,细水雾段虽然不会降低火源处的烟气温度,但其阻烟隔热效果非常好;在相同的火源功率条件下,细水雾工作压力增加,细水雾段另一侧(火源区外侧)上部空间的烟气温降增大,隔热效果十分明显;在相同的细水雾工作压力条件下,火源功率越大,其上部空间的温降比例越大,同时火源功率较大时,烟气沉降也较多。缩尺试验发现,0.67 m(实际尺寸的2 m)高度处烟气的温度不会对人体造成威胁。     

火源—竖井间距对自然通风隧道火灾烟气流动特征的影响

通过数值计算,研究顶部开口自然通风隧道火灾火源–竖井间距对烟气流动特征与竖井排烟效率的影响。考虑因素有火源–竖井间距、竖井断面尺寸。结果表明：随着火源–竖井间距的增大,竖井前方来流烟气的质量流量增大,且竖井的排烟效率逐渐降低,竖井内空气卷吸量减少;当火源–竖井间距较小时,竖井更有利于排出更多的热量,竖井后方的温度降低幅度更大,烟气可以被控制在更小的范围内。此外,随着竖井截面尺寸的增大,竖井的排烟效率增加,且增大竖井的宽度更有利于增加竖井的排烟量。因此建议当相邻竖井的间距较大时,可适当增加竖井的截面尺寸和竖井高度。