地铁隧道列车火灾的火焰顶棚射流温度特性研究

以地铁隧道火灾为研究对象,通过1∶8缩尺模型试验和数值模拟分析夹带火焰的烟气顶棚射流的温度特性,为地铁隧道火灾的防灾减灾提供参考。假定火源位于列车中部,燃烧强度是经过相似变换的等量荷载。火焰直接撞击顶棚并向上、下游扩展。考虑隧道内热辐射效应,得到在不同燃料用量下火焰顶棚射流温度的时变规律与空间分布特征。结果表明:燃料的多少对火焰顶棚射流在燃烧时间内的温度时变曲线的变化趋势影响不大,燃烧达到稳定的时间非常接近,但稳定状态的温度明显不同;火焰区上方顶棚射流烟气的最高温度与燃料液面的高度有关,试验中出现在距隧道顶0.18H处,而不是纯烟气顶棚射流给出的0.01H的区域内;列车上方及列车首尾附近的火焰顶棚射流温度沿隧道纵向呈线性衰减,且衰减速率不随时间变化,而不是纯烟气顶棚射流的指数衰减形式。在一定的高度以下,火焰顶棚射流的温度迅速降低,存在温度较低的安全区域适合于人员疏散。     

瘦高中庭羽流上升及排烟口布置的研究

为研究瘦高中庭建筑火灾独特的烟气流动特点及机械排烟对烟气的影响,采用全尺寸热烟实验及FDS数值模拟的方法,采集并整理了在无排烟系统影响下羽流的上升高度、羽流中心线温度数据,并与经典羽流模型及相关公式进行对比分析,研究了瘦高中庭内火灾烟气羽流的上升特点及排烟口布置方式对瘦高中庭机械排烟效果的影响。结果表明,Mc Caffrey模型适用于描述瘦高中庭羽流中心线温度,修正后的Zukoski模型适用于描述羽流上升时间与高度的关系;当排烟口总面积相等时,分设4个排烟口的排烟方式优于1~2个排烟口。     

火灾动力学的应用（下）

(续上期 )5　露天火灾的行为　　最简单的火灾是露天条件下的火灾 ,它既不受墙壁的影响 ,也不受顶棚的影响。露天的火灾被视为自由燃烧的火灾 ,一般是受燃料控制的。在这种火灾的正上方 ,炽热气体和燃烧产物的气流柱可升至空气之中。该气流柱称之为羽流 ,它形成一个倒锥形柱体。图 3所示为不受顶棚和墙壁限制的稳定燃烧的露天火灾。这种情况既可代表户外火灾 ,也可代表分区内的小火灾 (此时它尚未成长到已受限于分区边界和通风洞口的规模 )。在稳定条件下 ,羽流相对于火灾中心线是对称的。炽热气体因浮力而上升的作用会导致周围的空气在火灾…     

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。     

局部火灾中火焰辐射对顶棚升温影响的研究

基于绝缘表面温度(AST)原理,将辐射角系数对热量传递的影响计入绝缘表面温度,建立局部火灾中顶棚表面受火焰辐射影响程度的评价标准,确定火焰辐射影响范围。采用FDS,设置两个火灾场景对热量传递进行数值模拟,研究表明:在同一时刻,绝缘表面温度与烟气温度差值小于绝缘表面温度的1%时,可忽略火源辐射影响。如果用顶棚临界高度和辐射半径定量描述火焰辐射区,则当顶棚高度大于临界高度时,火焰辐射对顶棚的升温影响可以忽略;当顶棚高度小于等于临界高度时,火焰辐射对顶棚升温的影响存在一个辐射半径,位于该辐射半径内的顶棚表面,其升温将会受到火焰辐射的影响。     

局部火灾中构件表面受火焰辐射范围实用计算方法

采用火灾动力学数值模拟(FDS)软件建立火灾场景模型空间,对火灾热量传递进行数值模拟,得到多参数影响下的烟气温度及火焰辐射温度。基于绝缘表面温度(AST)原理,以及火焰辐射半球模型和火焰辐射范围的判别原则,对参数分析得到的温度数据进行曲面拟合,得到顶棚面升温受火焰辐射影响的辐射半径和顶棚升温不受火焰辐射影响的临界高度的经验计算公式。同时也提出了垂直构件迎火面升温受火焰辐射的临界高度的计算方法。提出的计算方法可偏于安全地预测火焰辐射对大空间建筑顶棚及垂直构件迎火面升温影响的范围,为进一步预测大空间建筑火灾中构件升温边界条件提供理论依据。     

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。     

建筑高度对大空间温度场的影响

进行两组全尺寸大空间燃烧试验,验证数值模拟设计火的合理性。采用FDS模拟在火源功率恒定、建筑高度不同、建筑面积不同的火灾场景中,分析建筑高度对顶棚温度场的影响。结果发现,火源正上方顶棚处温度在建筑高度增加到9m后受高度的影响明显变小;火源中心线附近处的水平温度梯度变化非常明显,且随建筑高度的增加,变化梯度减小;距火源中心线较远处的温度变化梯度受建筑高度和面积的影响都非常有限。     

某地铁车站热烟实验研究

在某地铁车站站厅和站台开展热烟实验,研究烟气流动情况,测量火灾时羽流及距离地面2 m高度处顶棚温度变化情况,在此基础上评价其排烟系统性能。结果表明,该车站内烟控系统能达到排烟目标;采用人员疏散出入口作为自然补风口,可避免烟气对疏散出入口的侵袭;在已建成建筑内采用受控的火源和烟源,用热烟实验方法可模拟真实火灾场景并测试排烟系统性能,也可以作为验证和评估大型复杂建筑内防排烟设计的手段。     

基于PyroSim的不同曲率弯曲隧道火灾特性研究

为探究弯曲隧道的火灾特性,研究曲率对弯曲隧道火灾烟气蔓延的影响规律,使用火灾动力学模拟软件PyroSim,对不同曲率弯曲隧道的临界风速、温度分布、烟气蔓延规律及顶棚温度衰减规律进行研究。结果表明：在同一火源功率和火源位置的情况下,临界风速与隧道曲率呈正相关性;由于壁面沿程阻力的特殊性,弯曲隧道内高温烟气在隧道内侧的传播速度更快,并且随着火灾持续时间增加,隧道两侧烟气传播速度的差距增大;火灾的顶棚温度衰减与曲率呈正相关,给出了曲率为0.6%、0.5%、0.3%、0.25%、0.14%的顶棚温度衰减预测模型。     

化工储罐火灾危害特性模拟实验研究

建立小尺度储罐火灾模拟实验平台,研究了储罐火焰高度、火焰温度场以及火焰辐射等参数,比较了经验模型与实验结果,分析了产生差异的原因,结果表明:平均火焰高度和最大火焰高度随储罐内介质液位的升高而升高,连续区火焰高度与液位无关;液位越高,油层越厚,火焰温度越高;火焰温度场的分布是不断变化的,火焰中心线的温度分布呈现先上升后下降的规律,温度最高处出现在罐口中心位置;辐射强度与距火焰表面的距离近似呈指数关系。     

水电站不同火源强度烟气运动模拟

应用FDS模拟水电站地下主厂房火灾烟气填充与流动动态过程,分析不同火源强度下烟气分层规律.重点分析火源强度为10 MW时的烟气填充过程、顶棚射流温度和横向烟气温度的变化特点.结果表明,烟气到达某一高度的时间随火源强度的变化服从一阶指数衰减;顶棚射流温度和烟气层横向温度变化具有很强的规律性;下层空气温度不高但浓度相对较高;同一水平面的烟气浓度分布很不均匀,距火源30 m以外处的浓度是距火源中心10 m以内处浓度的2～3倍.     

贴壁线性火源在综合管廊电缆舱中的火灾行为研究

在缩尺寸管廊模型中进行电缆火灾试验,在距离管廊底部15,45,75,105 cm处贴壁放置线性火源,研究贴壁线性火源在不同高度处的火灾行为.通过试验分析发现,与点火源不同,线性火源的热释放速率随着高度的增加而减小;对有效火焰高度进行修正,通过拟合得到有效火焰高度的预测式;对羽流区和射流区的横向温度分别进行分析,得到横向...     

中庭空间烟气蔓延对火灾探测的影响研究

针对建筑中庭不同顶棚高度下火灾烟气蔓延及感烟探测过程,基于火灾动力学模拟软件(FDS) 开展了数值模拟试验。研究了顶棚处温度及能见度云图的变化情况,并分析了不同高度条件下线型光束感烟探测、消光系数及温度值的参数曲线特征。结果显示,顶棚处减光率到达50%/m 的时间和顶棚高度存在较好的函数关系y=26.58 × 1.06x,对应的R 值为0.996;顶棚高度≥30 m 时,竖直布置线型光束火灾探测器也是一种较好的选择。该研究能够为中庭内消防工程设计及火灾探测报警系统的布置及设计提供技术支撑,提高建筑消防安全水平。     

顶棚射流扩展火焰长度工程计算模型

运用FDS数值模拟方法,通过不同火源功率、不同火源直径和不同顶棚高度等19种火灾算例,分析了不同模拟工况下顶棚射流横向扩展火焰的发展情况.根据模拟结果,拟合得到顶棚射流横向扩展火焰半径的工程计算模型,并和前人得到的计算模型进行了比较.     

高大空间池火羽流中心线轴向温度试验研究

开展高大空间640kW及1 080kW的小功率油池火灾试验,试验测量火源上方4.0～7.5m处羽流中心线的轴向温度。采用经典McCaffrey模型、Zukoski模型以及Heskes-tad模型预测羽流中心线轴向温度,并将理论预测值与试验值进行对比。对比结果表明:三种羽流模型预测的羽流中心线轴向温度与真实火场温度基本相吻合。McCaffrey模型预测的羽流中心线轴向温度最高,Heskestad模型次之,Zukoski模型预测温度最低。Heskestad羽流模型较适合于高大空间的小功率油池火灾火场温度的精确预测。火源功率较大时,Zukoshi模型预测结果可能较真实火场温度小。     

坡度及宽高比对隧道火灾烟气温度的影响

利用FDS数值模拟,研究隧道坡度以及宽高比对隧道火灾顶棚烟气温度的影响。结果表明,隧道坡度对隧道上坡方向顶棚烟气温度分布影响不明显,随着坡度的增大,隧道下坡方向顶棚烟气温度与羽流撞击区域最高烟气温度均会降低;隧道顶棚羽流撞击区域最高烟气温度随着隧道截面宽高比的增大而增大,上坡方向和下坡方向顶棚烟气温度均随着宽高比的增大而降低。提出了不同坡度与宽高比隧道顶棚最高烟气温升预测模型。     

火源高度对小室烟气温度场的影响研究

通过不同高度小功率火源的6组试验,结合同工况的FDS模拟,将试验、数值模拟和Heskestad理论模型计算结果对比发现:理论模型的轴线温度计算结果远高于实际值,但在顶棚发生射流处,能够准确预测温度;FDS得到的火焰高度有一定误差,且受辐射影响较大;顶棚射流烟气可以根据温度的衰减梯度划分为3个区域:稳定区、骤变区和渐变区。     

超高空间线型光束感烟火灾探测器安装参数

在内部高度为27m的大空间实验室开展明火实验,通过分析地面以上25m和26m两个高度烟雾浓度和温度数据及多组线型红外光束感烟火灾探测器报警情况,研究大空间内20m以上高度线型红外光束感烟火灾探测器安装参数。实验结果表明,对于内部举架高度在20～27m的超高大空间,线型红外光束感烟火灾探测器在顶棚附近安装时,相邻两组探测器光束轴线的水平间距仍不宜大于14m,宜安装在距顶棚垂直高度0.3～1.0m范围内或尽量接近顶棚安装。     

不同季节高大中庭火灾烟气上升高度分析

采用理论计算和数值模拟方法,分析了不同季节、不同火灾功率下烟羽流上升高度,得出相应结论。火源功率越大,或室内温度梯度越小,则烟气上升高度越高。对于高大中庭,大部分火灾烟气无法上升至顶棚,应在不同高度上设置线型光束火灾探测器防止漏报,同时沿高度分层设置排烟设施,以排出无法上升至屋顶的烟气。