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。     

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.     

大空间建筑火灾机械排烟的初步研究

文章分析了大空间建筑内机械排烟的要求,并在大空间火灾实验厅内进行了不同火源功率下的机械排烟试验,结果表明,在大空间火灾中生成的烟气温度比较低,很容易发生沉降及与空气混合,机械排烟造成空气与烟气的混合,主要是通过逐渐稀释来源除烟气的。在进行机械烟时还应考虑风机对流场的扰动、补风口位置的影响。     

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。     

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。     

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。     

地铁站台火灾烟气蔓延数值模拟分析

采用FDS对地铁站站台层火灾进行数值模拟,分析其火灾情况下地铁站内的烟气蔓延、温度分布、能见度分布、CO浓度分布情况,研究地铁火灾时人员疏散的安全性。研究表明：火灾情况下,烟气温度、CO浓度的变化主要集中在火源区域附近。站台层其他区域的温度和CO浓度均得到很好的控制。但能见度下降较明显,不利于人员疏散。     

火源高度对隧道烟气温度及质量流量影响研究

由于隧道发生火灾后实际的燃烧面要高于隧道地面,距离隧道拱顶也越近,因此对隧道的危害也越大。通过CFD数值模拟软件进行了一系列不同火源功率的全尺寸数值计算,研究了火源高度对隧道内温度分布及烟气质量流量的影响。研究发现:火源高度对拱顶温度分布有着明显的影响,火源高度越高,火源附近温度衰减越慢;在远离火源的地方,不同火源高度的拱顶温度衰减相差不大,考虑火源高度后拱顶温度衰减略慢于没有考虑火源高度。火源高度及火源功率对一维蔓延阶段的烟气质量流量有影响,考虑火源高度后烟气质量流量要明显小于火源位于隧道地面的情形,但随着火源功率增大,它们之间的区别越来越小。考虑火源高度后相同火源功率下烟气分层高度显著提高,而人体耐受温度位置变化不大。     

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。     

基于FDS的T型电缆隧道火灾探究

为了获取T型电缆隧道火灾参数,研究隧道内空气温度及火灾烟雾浓度随时间、空间的分布情况,利用FDS软件建立T型电缆隧道模型,对电缆隧道火灾进行全尺寸模拟.通过对模拟实验数据处理和分析,给出了电缆隧道发生火灾时烟气和氧气体积分数以及纵向温度的变化规律,为现实灭火救援以及火灾中逃生提供理论依据.     

单室墙角火壁面烟熏痕迹特征研究

为研究单室墙角火火灾壁面烟熏痕迹特征，采用1/3尺寸火灾试验还原单室墙角火火灾，测定壁面不同点的温度及烟气蔓延速度，研究火源在不同位置时的壁面烟熏痕迹特征；利用PyroSim软件模拟烟气蔓延过程。结果表明：火源位于房间中间时，在屋顶呈现圆形痕迹；火源在墙角时，两边侧墙和墙角顶部形成明显烟熏痕迹；墙角火在墙角位置的温度和烟气蔓延速度高于房间中间起火；试验结果与模拟结果吻合。试验结果可为调查墙角火火灾提供理论及试验依据。     

空气幕-顶部排烟系统控烟排烟有效性的研究

在火源两侧设置两道空气幕能有效阻隔火灾蔓延和烟气扩散。为了探明低射流风速下空气幕在点式集中排烟隧道内对火灾特征参数的影响,通过FDS研究了不同排烟量、射流速度和射流角度下隧道内烟气蔓延、温度分布和排烟效率的变化。结果表明:当HRR为30 MW时,射流速度至少应不小于2.5 m/s才能保证空气幕的隔烟作用;当射流速度在2.5 m/s以下时,射流角度越大空气幕的隔烟效果越差,这明显不同于射流速度较大的情形;空气幕能很容易地将空气幕外的温度控制在40 ℃以下,射流角度对逃生区域的温度分布影响不大,主要影响火羽流的分布;相同射流角度下排烟量越大排烟效率先升高后减小,而相同排烟量下随着射流角度的增大排烟效率逐渐减小;对于30 MW的火灾规模,推荐的控烟方案为:射流速度为2.5 m/s,排烟量为120 m³/s。     

垂向射流与挡烟垂壁组合控制烟气蔓延研究

利用FDS模拟走廊中设置垂向射流与挡烟垂壁组合方式对高层建筑火灾烟气控制效果的影响.比较几种火灾模式下烟气的温度、浓度分布.结果表明,采用垂向射流与机械排烟结合的烟气控制模式比单纯机械排烟的效果明显提高;前室部分加压并在前室门前2 m处设置垂向射流,同时在垂向射流和机械排烟口之间布置挡烟垂壁的组合控制模式具有最佳的烟气控制效果.     

Numerical simulation of fire-induced flow through a stairwell

Smoke movement and ambient airflow in a stairwell under fire scenarios are studied numerically using large eddy simulation. Numerical investigation is performed on a typical two-storey confined stairwell, with an open door on the top floor and a fire source on the ground floor. Results show the existence of fairly distinct layers of hot smoke and ambient air under different fire scenarios. It is found that heat release rate has a remarkable effect on distributions of smoke temperature, velocity and oxygen concentration. This paper indicates that detailed patterns of velocity, temperature and species concentration and their evolutions can be predicted by numerical simulation of a stairwell during a fire.     

低氧条件下综合管廊电缆舱火灾行为研究

为研究综合管廊电缆舱在低氧气浓度下的火灾行为,通过注入液氮的方式形成低氧环境,将电缆布置在距离中心0、30、60 cm 位置处,进行缩尺寸管廊实验,并与正常氧气浓度下的实验进行对比。研究发现,在低氧气浓度下,火焰面积减小,且在火源靠近侧壁的情况下,火焰的弯曲程度减小;对纵向温度作无量纲处理后进行拟合,得到两种氧气浓度下的纵向温度衰减经验公式;横向最高温度均出现在火焰垂直方向对应的顶棚位置附近,低氧气浓度下的最高温度低于正常氧气浓度下的最高温度,在火源靠近侧壁的情况下,受火焰温度影响,导致温度差增大。     

山火条件下高压输电线路放电特性

利用单、双和三木垛火源和单股、双分裂和四分裂模拟高压导线研究了中尺度高压输电线路在火灾条件下的放电特性及其与火源火场参数的关系,提出了为防控火灾实际输电线路走廊内森林可燃物管理方法.结果发现,模拟导线在火焰中较纯空气中容易发生放电(火焰中空气平均击穿场强较纯空气中约下降64.9％);火持续时间、火焰高度和火灾荷载密度对平均击穿场强的影响程度依次减弱,火强度则是决定性影响参数(木垛火源双木垛火变为三木垛火时,空气平均击穿场强与火强度、火灾荷载密度、火持续时间及火焰高度增幅比分别为2.11、0.482、1.70和0.582);中高速中高强度的上山地表火、树冠火、冲冠火和地表火转化的树冠火易形成高火焰、高热量、高温度、高浓度(烟尘粒子和带电质点)的容易使线路跳闸的环境条件.     

不同类型火源下烟气在大空间内的充填特性研究

在大空间火灾试验厅内采用沙发作为火源，研究了烟气层的发展过程，并将得出的烟气层温度、烟气层下降曲线与油池火对比。结果表明：不同的火源条件下，烟气的温升曲线和烟气层下降曲线是不同的，对于稳定的油池火，烟气层下降曲线是光滑的，对于非稳定火源，烟气层下降曲线存在跳变现象；烟气层厚度较小时，火源热释放速率的大小对烟气层的温度、烟气层的下降速率有着重要影响；对于变热释放速率情况下的烟气充填，可以采用对热释放速率的分段近似来进行模拟分析。     

A numerical study of atrium fires using deterministic models

The smoke filling process for the three types of atrium space containing a fire source are simulated using the two types of deterministic fire model; zone model and field model. The zone model used in this simulation is CFAST (Version 3.1) developed at the Building and Fire Research Laboratories, NIST in the USA. The field model is a self-developed CFD model based on full consideration of the compressibility and k–ε modeling for the turbulence. This article is focused on finding out the smoke movement and temperature distribution in atrium spaces. A computational procedure for predicting velocity and temperature distribution in fire-induced flow is based on the solution of three-dimensional Navier–Stokes conservation equations for mass, momentum, energy, species etc. using a finite volume method and non-staggered grid system. Since air is entrained from the bottom of the plume, total mass flow in the plume continuously increases. Also, the ceiling jet continuously decreases in temperature, smoke concentration and velocity; and increase in thickness with increasing radius. The fire models, i.e. zone models and field models, predicted similar results for the smoke layer temperature and the smoke layer interface heights. This is important in fire safety, and it can be considered that the required safe egress time in three types of atrium used, in this paper is about 5 min.