纵向通风与竖井自然排烟下隧道火灾烟气特性实验研究

中国逐渐发展成为世界上隧道和地下工程最多的国 家,其长隧道数量和长度跻身世界前列。据统计,火灾中85%的 人员死亡是由热烟气造成的,目前隧道中采用较为广泛的排烟系 统有纵向排烟系统、集中排烟系统和横向排烟系统,而针对长隧道 来说,我国广泛采用的是竖井式纵向通风,因此,研究纵向通风与 竖井排烟综合效应下隧道火灾烟气流动特性及温度分布规律具有 重要意义。本文建立了1：10 缩尺寸竖井隧道模型,主隧道长度 16.5 m,宽度1.3 m,高度0.65 m;竖井通过排烟横通道与主隧道 连接,排烟横通道设置在主隧道侧面中部,尺寸为1.2 m 长、0.6 m 宽、0.4 m 高;竖井横截面为半径0.6 m 的1/4 圆,高4.6 m。在 竖井隧道模型中开展了一系列油池火实验,选取2 种方形燃烧池 （20 cm×20 cm、23 cm×23 cm）作为火源,设置2 个纵向火源位置 （位置A：火源中心线与排烟横通道中心线距离0.375 m;位置B： 火源中心线与排烟横通道中心线距离1.375 m）,7 种纵向通风风 速（0,0.18,0.27,0.35,0.44,0.52,0.69 m/s）,定量分析不同工 况下温度分布及烟气逆流长度。研究结果表明：当无纵向通风时, 火焰与隧道地板垂直,且呈轴对称形态;当有纵向通风时,火焰向 下游偏移,且纵向通风风速越大,火焰向下游偏移越明显;当纵向 通风风速为0 m/s 时,由于竖井的存在,火源上、下游两侧烟气温 度分布并非对称,火源下游（竖井侧）烟气温度下降速度较快,与单 洞隧道烟气温度分布明显不同;随纵向通风风速增加,烟气逆流长 度和烟气温度减小,而最大温度偏移距离整体呈增加趋势;当无量 纲纵向通风风速v′＜0.19 时,主隧道最大温升△Tmax 与Q2/3/ Hef 5/3 呈正比,而当无量纲纵向通风风速v′＞0.19 时,主隧道最大 温升△Tmax 与Q? /(vb1/3Hef 5/3)呈正比,但常数系数均小于Li 等预 测模型中的常数系数;竖井隧道内无量纲纵向烟气温度分布符合 Fan 和Ji 等建立的纵向温度衰减模型,衰减系数k′在1.36~1.63 范围内变化,但其值明显大于单洞隧道纵向温度衰减系数k′;另 外,当火源位于位置A 时,最大烟气温度低于火源位于位置B 时 的最大烟气温度,无量纲纵向烟气温度衰减速度慢于火源位于位 置B 时衰减速度。     

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。     

地铁区间隧道火灾通风模式的数值分析

介绍了地铁区间隧道火灾常见的几种通风排烟模式,对其中一种最复杂的模式进行了数值分析。模拟分析得出,对于地铁实际工程中的单线盾构圆形隧道,在10 MW火灾强度下,着火区间隧道内2.6~2.9 m/s左右的纵向风速可以有效阻止烟气发生逆流;在着火区间隧道2.9 m/s的纵向风速下,未着火区间隧道两端对送送风速度为1~1.5 m/s时,联络通道内有风速为6 m/s左右的气流流向着火区间隧道,可有效抑制烟气通过联络通道向未着火区间隧道蔓延,保证人员的安全疏散。     

通风对竖井型隧道火灾烟气特性影响试验研究

通过隧道火灾模型试验,研究纵向通风对竖井排烟效果及隧道内纵向烟气温度分布的影响。试验考虑不同火源热释放速率和纵向风速。结果表明：纵向风速对正庚烷池火热释放速率存在影响,对于较小正庚烷池火（≤11 cm）,火源热释放速率基本不随纵向风速而改变;对于较大正庚烷池火（≥14 cm）,火源热释放率随风速的增加先降低后基本保持恒定。此外,当隧道内风速较小时,竖井内烟气附壁排出,竖井后方烟气温度较低,控烟效果较好;当隧道内风速较大时,竖井内烟气出现边界分离,竖井后方温度升高,烟气蔓延距离增加,竖井排烟效果较差。因此,建议当竖井型隧道内发生火灾时,应尽量采用自然通风或较低的内部通风,避免较高风速。     

纵向通风与坡度对隧道竖井排烟影响数值模拟

以某公路隧道为研究对象,采用开启6个竖井的双向均衡排烟模式。利用FDS对纵向通风与坡度影响下的竖井排烟效果进行数值模拟,通过分析不同工况下竖井内的烟气扩散特性、温度场分布及烟气质量浓度变化,获得隧道内竖井排烟速率的变化规律。结果表明:火源位于隧道中间时,在无纵向通风和纵向风速较小时,竖井下方均会出现烟气层吸穿现象,排烟速率较低;风速增加,火源下游的竖井排烟速率较大;风速大于2.0 m/s时,火源下游的竖井出现边界层分离现象,排烟速率降低;改变隧道坡度并不影响竖井下方的自然排烟效果。     

高速铁路隧道分段式纵向通风设计及通风短路问题研究

分析了高速铁路隧道的阻力分布特征及通风压力计算模型,运用网络通风理论,结合典型工程案例计算了不同工况条件下隧道内各段的风速、风量分布。结果表明:高速铁路隧道的通风竖井距离隧道出入口较近时,会在隧道出入口形成通风短路,使得区间隧道内的纵向排烟风速受到影响;在隧道洞口设置射流风机,能够增强区间隧道内纵向排风效果,有效解决分段式纵向通风短路问题,保证火灾上游人员的安全疏散及消防救援。     

地铁区间长度大于20 km 的隧道火灾排烟方案

针对地铁超长区间隧道火灾通风排烟方案,结合广州地铁十八号线工程,采用数值模拟的方法,分析了地铁列车在区间不同停靠位置时的通风排烟方案下的隧道拱顶下方温度以及隧道内流速。结果表明：该通风排烟方案可以较好地控制隧道内温度,隧道内流速也满足规范中大于2 m/s小于11 m/s的要求。研究结果为隧道安全运营提供了保障,为相关工程提供参考。     

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。     

地铁区间隧道火灾通风模式的数值模拟

针对列车中部着火且停靠在区间隧道中部的地铁隧道火灾情况,提出了一种改进的纵向通风模式,即疏散平台下先送风、再采用传统的纵向通风,并进行了数值模拟.模拟结果表明,时单线矩形区间隧道,在10 MW的火源强度下,当疏散平台下送风风口组间距为10m且隧道风机风量为50 m3/s时(或风口组间距不超过30 m且隧道风机风量为70m3/s时),可以满足安全消防的温度指标、能见度指标和CO浓度指标.同时模拟得出区间隧道两端纵向通风的临界风速在2.4～2.8 m/s之间.     

地铁火灾工况排烟模拟与实验研究

本文以南京地铁一号线南延线通风系统为研究对象,采用清华大学开发的地铁热环境模拟分析软件STESS进行通风模拟,结合实际的数据测量,对安全门地铁火灾工况下排烟模拟进行了研究。结果认为,在带有安全门的站台发生火灾的时候,通过开启4台TVF风机,可以保证连接口处的速度到大于1.5m/s,满足人员逃生的风速要求;在区间隧道发生火灾时,通过隧道两边站台各开启4台TVF风机进行送风排烟,可以保证隧道断面风速大于2m/s,满足人员逃生的风速要求。     

公路隧道火灾纵向通风风速模拟研究

本文运用FDS软件,对1000 m单向单车道公路隧道火灾进行了模拟。通过20 MW火灾时温度场的发展、烟气的蔓延、烟气层高度的变化,对比分析了不同纵向风速对火灾的控制效果。得出了在该模型条件下,纵向通风风速在2.7 m/s时,排烟效果最为显著。     

地铁隧道火灾自然排烟模式数值模拟研究

采用标准K-ε模型,结合某实际工程对地铁隧道区间发生火灾时的自然排烟模式进行了模拟计算,以预测其实际通风排烟效果.具体分析了不同通风竖井间距、通风竖井出口局部阻力系数变化和隧道区间是否设置隔墙等因素对区间内实际通风排烟效果的影响,最后给出了一些建设性的结论.     

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。     

秦岭终南山公路隧道火灾试验竖井通风的研究

为了弄清设有竖井的长大隧道发生火灾时隧道内温度及烟流的分布规律,在长大隧道发生火灾时能制定合理的隧道火灾救援方案,特进行秦岭终南山公路隧道火灾试验坚井通风的研究,此次试验按照流变规律模拟隧道火灾情况,进行三种火灾规模在三处位置的火灾实验,通过实验得出火灾时隧道内温度与火灾规模成正比,火灾火源点的最高温度与竖井的高度成正比关系,火灾的持续时间与竖井的高度成反比关系,找出了竖井通风情况下隧道火灾时温度纵向分布的规律。为隧道火灾时救援方案的制定提供依据。     

阻塞比对地铁区间隧道火灾半横向排烟方式排烟效果的影响研究

列车在不同高度的地铁区间隧道中行驶时,会形成不同的阻塞比(列车的横断面积与隧道横断面积的比值)。论文利用FDS(Fire Dynamics Simulator)数值模拟软件建立了同一列车在3种不同高度隧道中形成不同阻塞比的模型。在隧道内发生火灾时,在每种阻塞比下改变排烟风速,对能够反映半横向排烟方式排烟效果的隧道内烟气蔓延情况、人眼特征高度处的温度和CO浓度、顶棚温度等各项指标变化规律进行模拟和分析,并总结不同阻塞比下排烟风速的改变对半横向排烟方式排烟效果的影响,以及时对排烟条件作出调整,达到更好的排烟效果,为地铁区间隧道的排烟系统设计提供了参考。     

不同隧道排烟模式对站台火灾人员疏散的影响

为探究站台火灾条件下不同隧道排烟模式对地铁人员疏散的影响,以岛式地铁站为研究对象,利用Pyrosim建立火灾模型,并分析4种隧道排烟模式下的楼扶梯入口风速、烟气温度、CO体积分数和能见度的分布。结果表明：单一隧道排烟模式均无法满足安全疏散要求;疏散时间360 s内,在人眼特征高度处,车站隧道排烟模式下的人员疏散经过区域的能见度不能满足疏散要求,CO体积分数、温度、楼扶梯口风速均满足安全疏散要求;3种区间隧道排烟模式下的楼扶梯口风速均无法满足人员安全疏散要求,区间隧道推拉式反向排烟模式最不利于疏散区域烟气散热,区间隧道双拉式排烟模式排烟效果最为显著;火灾烟气的3个潜在危险因素中,相比于温度和CO体积分数,满足能见度在安全范围内的难度更高。     

中梁山隧道火灾通风排烟的数值模拟

根据中梁山地铁区间隧道的实际情况确定最不利的通风排烟模式,利用FDS对火灾时的通风排烟进行模拟,分析隧道内不同时刻、不同截面位置的烟流特性参数。模拟结果显示,射流风机作用下火区上游通风风速为2.5 m/s,没有产生回流,起火列车人员能够安全疏散。烟流前锋面到达非起火列车的时间超过850 s,大于非起火列车人员疏散完成时间。     

双层盾构公路隧道侧向重点排烟效果研究

摘 要：利用FDS对某双层盾构公路隧道的侧向重点排烟系统进行了模拟研究,探讨了排烟口面积、间距、排烟口开启方案以及纵向通风对排烟效果的影响。结果表明：在无纵向风的条件下,火灾稳定后排烟口的面积为3~5 m2、排烟口间距为60~100 m时,排烟口的面积和间距对排烟效果的影响很小。随着纵向通风风速的增大和上游排烟口开启数量的增加,隧道侧向排烟系统的排烟效率明显减小。双层隧道上下层排烟口的排烟效率分布规律基本相同,下层隧道的总排烟效率略高一些。本文所研究的双层隧道发生20 MW火灾时,在纵向通风风速2 m/s下,排烟口间距为60 m,排烟口面积为4 m2,上游开启2个排烟口、下游开启4个排烟口时排烟效果更好。     

烟囱效应下山岭隧道火风压特性模拟研究

为探究山岭隧道火灾模式下竖井内火风压的变化特性,采用数值模拟方法,选取火灾发生在竖井附近及远离竖井时的烟气流动特性为研究对象,分析烟气在纵向通风作用下竖井内火风压的变化规律。研究表明：与传统斜坡隧道火灾不同,由于烟气涡流影响,竖井内火风压在纵向通风作用下均呈现非单调的变化趋势,故隧道火风压理论模型不能直接用于竖井内火风压预测;竖井内火风压随纵向风速从0 m/s 增大至3.5 m/s 时呈现逐渐增加趋势,最大差值约为40 Pa;火源靠近竖井时比远离竖井时,竖井内火风压更大,纵向无风时,两者最大差值约为25 Pa。     

城市隧道组合通风排烟效果模拟研究

利用FDS数值模拟对某3 300m城市隧道组合通风排烟方式的火灾烟气控制效果进行了研究。根据不同烟气控制方案下2m高处的温度和能见度结果的分析可知,对于采用组合通风排烟方式的城市隧道,当发生20MW的火灾时,应控制纵向风速在2.5m/s左右并且只开启火源下游的排烟口,可以较好地保证火源上下游人员的安全。