公路隧道火灾时纵向通风排烟下临界风速问题探讨

烟气回流(Back-Layering)是隧道火灾在纵向风作用下的一种特殊烟气蔓延现象,抑制烟气逆流的临界风速一直是隧道火灾研究的一个热点。本文在分析国内外对纵向通风排烟下临界风速问题研究现状和规范规定的基础上,通过数值模拟和缩尺寸模型试验对临界风速与隧道坡度的关系进行研究,对它们的结果进行对比分析,为公路隧道火灾时纵向通风排烟管理提供参考。     

火灾时隧道临界风速及内力模拟研究

摘 要：火灾时的烟气控制在隧道防火安全设计中占有很重要的地位,而临界风速即隧道火灾过程中能有效控制烟气于火源下风方向而不发生逆流的最小纵向风速,是隧道火灾烟气控制的关键。利用CFD数值模拟软件对公路隧道不同火灾工况的烟气扩散进行了数值模拟,并运用SAP2000分别计算了火灾时不同火源位置不同临界风速下钢筋混凝土隧道的内力大小。经过对比分析得出,适当增大其临界风速可有效地控制烟气流的扩散避免产生回流,同时也有利于减小高温下隧道结构损伤。     

大坡度隧道临界风速的数值模拟和实验研究

为解决坡度隧道临界风速存在的争议,以城市交通隧道的典型坡度构成为研究对象,通过数值模拟和搭建1∶8的坡度隧道模型实验台,对火灾工况中车辆沿坡度下行时的临界风速进行了研究,并与现有的较有影响力的2个临界风速模型"Kennedy模型和WuBakar模型的计算值进行了对比.研究结果表明:车辆沿坡度下行时,控制烟气回流所需的临界风速大于相同火灾场景中平直隧道的临界风速,且随着隧道坡度的增加,车辆沿坡度下行时的临界风速逐渐增大.综合数值模拟和模型实验的研究成果,对现有多数规范中推荐使用的Kennedy临界风速模型中的坡度修正系数进行了修正,得到了新的坡度修正系数.当隧道坡度在5%以上时,建议使用WuBakar临界风速模型进行烟气控制系统设计.     

在交通拥堵的隧道火灾中纵向通风的合理送风风速研究

通过数值模拟手段对纵向通风时隧道内的烟气扩散特性进行研究,探讨较低风速时,针对不同火源功率、不同风速作用下,火源上、下游烟气的分层特性及温度分布特性,并在此基础上探讨纵向排烟在拥堵的交通隧道中应用的可能性.研究结果表明:如果起火初期隧道内以较低的纵向风速送风,保证上、下游烟气分层的存在,则纵向通风可用于交通拥堵的隧道.火源功率为5 MW时,该风速约为1.0 m/s;火源功率为20 MW时,较适宜的风速为1.0～1.5 m/s;火源功率为30 MW时,较适宜的风速为1.5 m/s左右.火源功率较大时,应尽早将火源下游附近的人员疏散,以确保安全.     

纵向通风水平隧道火区阻力特性

通过建立风流与火源的统一控制体，分析了纵向通风水平隧道火区通风阻力的构成，建立了火区阻力特性的计算模型．结果表明：火区阻力包括摩擦阻力和加速阻力两部分；在火区长度较大时，摩擦阻力将成为火区阻力的主要部分；在火区长度较小时，加速阻力将成为火区阻力的主要部分；忽略烟气质量的增加及组分的变化会导致火区温度计算结果过高，进而可能造成火区通风阻力计算结果的明显升高．     

城市交通隧道火灾工况特性及烟控技术分析

为解决坡度隧道临界风速存在的争议,以城市交通隧道的典型坡度构成为研究对象,通过数值模拟和搭建1：8的坡度隧道模型实验台,对火灾工况中车辆沿坡度下行时的临界风速进行了研究,并与现有的较有影响力的2个临界风速模型-ennedy模型和Wu & Bakar模型的计算值进行了对比.研究结果表明：车辆沿坡度下行时,控制烟气回流所需的临界风速大于相同火灾场景中平直隧道的临界风速,且随着隧道坡度的增加,车辆沿坡度下行时的临界风速逐渐增大.综合数值模拟和模型实验的研究成果,对现有多数规范中推荐使用的Kennedy临界风速模型中的坡度修正系数进行了修正,得到了新的坡度修正系数.当隧道坡度在5%以上时,建议使用Wu & Bakar临界风速模型进行烟气控制系统设计.

     

交通隧道火灾时车辆临界安全距离的研究

通过对隧道火灾中着火车辆与相邻车辆的受热过程分析，提出了隧道内相邻车辆火灾临界安全距离的概念，并以尤里卡(EUREKA)项目为背景对不同条件下相邻车辆火灾临界安全距离进行了研究．研究表明：火区上游车辆的临界安全距离与通风速度成反比，当通风速度达到临界风速时，火区上游的车辆只要保持正常的停车距离就能保证车辆安全；而火区下游车辆的临界安全距离与通风速度无关．     

通风方式对T型综合管廊火灾烟气蔓延的影响

T型综合管廊空间狭长且有支路连通的特点,提高了火灾烟气控制难度从而加剧了火灾事故的风险。利用PyroSim软件模型模拟不同通风方式对其烟气排放效果,探究了T型综合管廊电缆舱的交叉口发生火灾时,进风口、出风口位置及出风风速对舱内烟气蔓延的影响。结果表明,中部进风、左右出风、临界风速为1.75 m/s的一进两回通风方案最利于火灾烟气控制,进风口方向适宜作为应急疏散通道,可为T型综合管廊的设计提供参考。     

纵向通风对电缆隧道火灾水雾灭火效果影响探究

采用场模拟程序FDS（5．0）模拟分析了不同通风情况下水雾对工业电缆隧道火灾的灭火效果．计算中通过改变风机的速率来模拟不同的通风条件,并得出对应条件下的温度数据．通过对照分析发现：通风速率的大小对水雾的灭火效果存在非线性的影响,需采用一定的方法选取合适的通风速率以保证水雾灭火的效率．     

长建筑通道内临界通风速度的实验研究

根据弗劳德准则使用了缩尺模型来研究纵向通风对长建筑通道内火灾烟气的影响．实验中通过燃烧天然气来模拟实际火灾,其功率为0．28～1.32kW．使用气体流量计计量天然气的使用量,用k型热电偶来测量通道内的温度分布,对不同热释放率下的临界通风速度进行了研究,结果表明,无量纲速度与无量纲热量的三分之一次方成正比．     

地铁车站站台与站厅间临界通风速度的研究

地铁站台发生火灾时，会产生大量的有毒高温烟气．一旦烟气通过站台与站厅间的楼梯向站厅扩散，将会给人员疏散和救援工作带来极大的困难．在分析了地铁站台火灾时烟气流场变化规律的基础上，提出了临界通风速度的概念．利用FDS场模拟软件，对不同条件下站台与站厅间所必需的临界通风速度进行了计算机模拟研究．研究表明刈各界通风速度与火灾热释放速率成正比，与站台和站厅间楼梯口处的挡烟垂壁高度成反比．     

通风条件对火灾蔓延的影响分析

通过对火灾荷载密度、燃烧温度、通风条件等方面作出的定量研究入手,深入分析了通风条件对火灾蔓延的影响。     

纵向通风地下道路火区风压损失分析及应用

为了解决地下道路纵向通风系统设计中计算火灾工况下的火区风压损失问题,基于热力学平衡关系建立了火区风压损失模型,并得到了半经验计算公式,利用模型实验和数值模拟对公式的有效性做了初步验证,并以工程实例展示了火区风压损失对隧道内压力与风速分布的影响.结果表明:在临界风速下,火区的风压损失与对流热释放速率成正比,与上游风速和隧道断面积成反比;提出的计算公式与隧道火灾实验拟合公式得出的规律一致且结果接近,具有明确的理论基础和风速取值;为使地下道路通风系统阻力计算准确可靠,进而制定有效的应急通风运行方案,有必要考虑火区的风压损失,提出的风压损失公式经深入验证后可用于设计计算.     

一个新的水平隧道火灾烟气逆流层长度模型研究

对前期实验获得的纵向通风隧道火灾烟气逆流层长度的实验数据以及其他研究者所发表的3组实验数据进行了综合分析,总结出了3条关于烟气逆流层长度随火源释热速率和通风风速变化规律的定性描述.据此构造了不同的回归模型,对上述4组数据进行了多元非线性回归.得到了一个关于纵向通风隧道火灾烟气逆流层长度的经验公式,该公式完全满足前述的3条定性规律,并较已知经验公式更好地与实验数据相符合.