公路隧道内火灾烟气温度及层化高度分布特征试验

通过在云南昆明—石林高速公路阳宗隧道内的现场模拟火灾试验,对不同纵向通风速率下公路隧道内火灾烟气温度及层化高度沿隧道的分布特征进行了研究。结果表明:拱顶下方烟气温度沿隧道呈幂指数分布;纵向通风速度对烟气层高度沿隧道的分布有重大影响,纵向风速较小时,烟气可以在隧道上部空间维持较好的层化结构,不会影响火灾发生时人员的安全疏散,而较大的纵向风速将导致烟气层高度沿隧道迅速降到地面,对火灾发生时的人员疏散造成威胁。     

公路隧道火灾排烟临界风速模型试验与数值解析研究

临界风速是防止隧道火灾烟气回流的最小风速,因此是隧道烟气控制的重要参数.根据流体力学相似性原理建立了缩尺寸模型隧道,根据模型隧道的温度分布和烟气蔓延情况来模拟实体隧道的温度分布以及烟气蔓延情况,从而对不同隧道排烟模式下的临界风速等关键设计参数进行研究.并根据模型试验的结论,推导临界风速的解析公式,以便于工程应用.     

倾斜隧道火灾时高温烟气流蔓延特征研究

利用FDS数值计算手段,针对倾斜隧道发生火灾时隧道内的环境场进行数值模拟。通过分析火灾时隧道内烟气蔓延规律、温度分布,以及能见度变化特征,研究隧道倾斜段对火灾时隧道内环境场的影响。结果表明:隧道坡段的存在对高温烟气的蔓延、温度,以及能见度具有较大的影响,并且给隧道内人员的疏散逃生带来新的问题。     

特长公路隧道火灾数值模拟

对于特长公路隧道,当火灾发生时,隧道内部的烟气扩散特征和诸多因素相关,如隧道纵坡、隧道横截面大小、火源功率大小、阻塞比、纵向通风风速等,不同因素对其烟气运动产生的影响各不相同,根据实际项目自身特点,确定其模拟仿真的数值参数,进行不同因素的影响分析对于分析隧道火灾特征有很重要的现实意义。结合米溪梁特长公路隧道设计参数文件确定PyroSim软件的隧道模型,分析了不同因素对隧道火灾临界风速、温度分布、烟气扩散的影响,发现火源功率越大所需的临界风速越大,当火源功率大于70MW时临界风速增长缓慢,当大于100MW时临界风速维持在4.3m/s不变。随着隧道负坡坡度的增加临界风速显著增大,随着隧道正坡坡度的增大临界风速逐渐减小。阻塞比对临界风速有一定影响。当阻塞比为0~20%时,随着阻塞比的增大临界风速显著下降,由3.2m/s降到2.6m/s;当阻塞比为20%~40%时,随着阻塞比的增大,临界风速缓慢下降由2.6m/s降为2.4m/s,当阻塞比大于40%时,对临界风速基本没有影响。火灾发生时,隧道纵向温度分布呈先升高后减小的变化趋势,火源附近的温度梯度也是先增大后减小,通风和纵坡条件下,温度最高断面逐步向下游移动,出现最高点温度漂移现象。在坡度绝对值小于1.0%时浮力效应不太明显,在坡度大于等于1.5%时随着坡度的增大隧道的浮力效应比较明显,"烟囱效应"形成。     

公路隧道火灾烟气沿程温度分布的合理确定

掌握火灾工况下隧道内烟气的温度分布规律,有利于制定有效的人员逃生方案并对隧道衬砌结构实施科学保护。基于火灾烟气流动特性分析,并根据能量守恒原理,从理论分析的角度分别得到烟气扩散区和火源区的烟气温度分布结果。结果表明,扩散区和火源区的烟气温度分布都受到烟气流速、隧道壁面温度、对流和辐射换热系数的影响;此外火源热释放率和烟气发生量也是影响火源区烟气温度分布的重要因素。     

单洞双向公路隧道火灾通风排烟控制研究

基于Fluent流体动力学分析软件对单洞双向隧道火灾烟气特性开展研究,分析了隧道出口700m、1100m、1500m等3种不同位置火灾不同风速条件下烟气蔓延变化规律及导致的火灾临界危险时间变化。结果表明:同样风速条件下,火源位置越靠近洞口,火源上游越安全,火源下游的烟气蔓延速度越快,下游越危险。当通风风速大于1.0m/s时,隧道风速越大,隧道下游火灾早期更安全,但后期火灾危险性增大。     

火灾模式下公路隧道竖井温度场分布试验研究

公路隧道发生火灾时,高温和热烟气对隧道威胁巨大,竖井的烟囱效应严重影响温度和烟气的扩散,目前对竖井内温度发展情况的研究甚少。为分析火灾发生后竖井内的烟流特性及温度场的分布规律,利用大比例模型试验,以秦岭终南山公路隧道为研究对象,考察了不同火源点位置、通风工况、火灾规模情况下竖井内温度场的分布规律,对分析其它长大公路隧道火灾时竖井内温度场的分布也有一定的借鉴意义。     

高海拔公路隧道火灾烟气控制临界风速研究

为了探究高海拔与低海拔公路隧道火灾燃烧特性的差异,掌握高海拔隧道火灾烟气控制临界风速计算方法,给高海拔隧道防灾通风及人员疏散设计提供参考,建立1∶16的缩尺寸移动式水平模型隧道试验台,对海拔高度为504、3 297、3 544、4 103、4 446 m的5个地点开展隧道火灾热释放率试验研究,并采用三维数值计算方法和量纲分析,对不同海拔高度、不同火灾热释放率工况下水平隧道内烟气控制临界风速进行研究和分析。结果表明：在油盘尺寸相同的情况下,随着海拔高度的增加,火灾热释放率明显减小,燃烧时间显著增长,当海拔超过3 000 m时,高海拔地区隧道稳定段火灾热释放率仅为海拔504 m隧道火灾稳定段热释放率的60.9%。隧道火灾临界风速随着海拔高度的增加而增大,其表现出2种典型变化规律：火灾热释放率大于30 MW时,海拔高度对临界风速影响较小,同一火灾热释放率下,海拔5 000 m时隧道内临界风速较海拔0 m时提高了不到2%;火灾热释放率小于30 MW时,海拔高度对临界风速的影响显著增强,且随着热释放率的减小影响不断增大,当火灾热释放率分别为5.73、12.67 MW时,海拔5 000 m隧道内临界风速较海拔0 m时分别提高了26%和13%。基于高海拔隧道火灾热释放率及隧道火灾临界风速的变化规律,提出了典型双车道高海拔隧道火灾烟气控制临界风速的计算方法。     

排烟口间距对双层隧道侧向排烟效果的影响研究

通过数值模拟软件FDS研究不同排烟口间距对双层隧道侧向排烟的影响。研究表明,排烟口间距对隧道顶部温度的分布影响不大,火灾初期较小的排烟口间距有利于控制烟气的蔓延,但随着火灾的发展,排烟口间距对烟气蔓延范围及能见度的影响逐渐减弱。由于排烟口位于侧墙上面,对烟气层的扰动较强,导致排烟口附近的能见度下降较快。     

纵向通风下不同坡形隧道火灾烟气温度分布特性研究

为了解决不同纵向坡形隧道发生火灾时的烟流控制问题,以宝兰客运专线渭河隧道V形坡火灾通风为例,采用三维数值模拟方法,对不同坡形下烟气温度的分布特性进行研究。通过对V形坡、单面坡和人字坡等不同坡形隧道在不同纵向通风速度下的火灾工况模拟,对比分析隧道拱顶、一人高和3.0 m高处的温度分布特征。结果表明： 在火灾发生初期,当无纵向通风时,在变坡点火源车厢附近人字坡的温度最高,但随着离火源点距离的增大,V形坡的温度逐渐达到最大;当有纵向通风时,V形坡下游沿程的温度最高,且随风速增大,温度最高区域的分布范围逐渐扩大,而单面坡和人字坡的温度变化曲线基本一致,并在离火源点较远的下游区域趋于定值;在本研究范围内的坡形、坡度条件下,当纵向通风风速达到2 m/s 时,烟控效果最好。     

风载环境下隧道光纤光栅火灾探测器响应和报警特性

为研究风载环境下的隧道线性感温光纤光栅火灾探测器的响应特点及响应阈值设定对报警结果的影响,以全尺寸隧道为实验平台,设计2种光纤光栅（FBG）火灾探测器的火灾实验场景,分析2种不同风载作用下报警阈值对报警响应时间的影响及风载对探测器响应速率的影响。实验结果显示： 1）报警阈值从10 °C/min减小到3 °C/min时,低风速（0.4 m/s）下的报警响应时间缩短了24 s,而在高风速（5 m/s）情况下,报警响应时间仅缩短了4 s,表明在低风速情况下,FBG火灾探测器的响应更灵敏; 2）风速对火灾烟气的扩散影响显著,位于下风向的光纤探测器响应速率明显高于上风向的光纤探测器响应速率,可由此作为推算烟气移动速度、到达位置及火灾时风载速度的一种方法。     

南昌红谷水下互通立交隧道通风排烟组织研究

为研究水下多匝道互通立交隧道的通风排烟特性,及时有效地排除隧道内烟气,以南昌红谷隧道为工程背景,应用CFD技术和现场试验的方法,对火灾时纵向排烟条件下不同纵坡和火源位置的烟气蔓延特性进行研究,分析坡度、火源与匝道位置等多因素耦合对烟气蔓延特性的影响。主要结论如下： 1)隧道东岸进口匝道排烟临界风速需大于2.5 m/s,各匝道射流风机均应开启,以保证匝道间分岔部位无串烟现象; 2)东岸出口匝道曲度大,隧道阻力较大,排烟临界风速为3.0~3.5 m/s时控烟效果较好,并宜选择流线顺畅、烟气流程较短的匝道进行排烟; 3)根据进出口匝道烟气蔓延特性的差异和相应试验条件下测算的排烟时间,提出对应的排烟策略,调整风机原设计的运行模式,以达到优化排烟气流组织、提高排烟效率的目的。     

沉管隧道侧向集中排烟模式烟雾流动规律研究

为解决海底沉管隧道火灾工况下人员疏散及救援难题,以港珠澳大桥海底沉管隧道为工程依托,在中国首次建立了1：1的侧向集中排烟实体试验平台,基于火源标定试验及理论分析,通过失重法和热辐射法对火源功率进行标定,得到热释放速率随燃烧时间的变化关系曲线。通过沉管隧道侧向集中排烟物理试验以及FDS数值模拟对比分析,得到了油盆火的火灾规模、油量、油盆燃烧面积三者间的对应关系。通过FDS数值模拟计算,得到了火灾峰值功率为50 MW时,在不同纵向诱导风速下,沉管隧道侧向集中排烟模式下烟雾的温度场分布规律、能见度分布规律和烟雾蔓延范围。研究结果表明：火灾峰值功率为50 MW时,随着纵向诱导风速增大,火源附近隧道顶板处的最高温度出现先升高后降低的现象;当纵向风速由1.0 m·s^-1增加到2.5 m·s^-1时,隧道内沿程各点2 m高度处的能见度呈现逐渐提高的现象,且能见度受影响的范围逐渐减小,当纵向诱导风速由2.5 m·s^-1增大至3.5 m·s^-1时,隧道下游2 m高度处的能见度出现逐渐降低现象,且能见度受影响的范围逐渐变大;采用纵向诱导通风+侧向集中排烟模式时,沉管隧道内合理的纵向诱导风速为2.5 m·s^-1。     

6 km长公路隧道全射流纵向排烟现场实体火灾试验研究

为研究6 km长公路隧道全射流纵向排烟的可行性与有效性，依托羊鹿山隧道开展全射流纵向排烟现场实体火灾试验。试验在不利于排烟的下坡隧道（左洞）内进行，考虑5、10 、20 MW3个不同等级的火灾规模，并对不同工况下隧道内沿程风速、排烟时间等进行研究。通过对不同火灾工况下油盘火现场试验，得出如下结论： 1）现场火灾试验期间，羊鹿山隧道左洞内自然风速为1.0~1.6 m/s，与排烟方向相反，为排烟阻力； 2）隧道内开启6组以上风机时，下坡隧道内沿程风速大于3.0 m/s； 3）根据5、10、20 MW油盘火排烟试验结果，采用全射流纵向排烟方式能将隧道内烟气全部排出洞外，且从点火开始到烟气全部排出洞外的时间约为30 min。     

排烟阀设置对隧道集中排烟效果影响研究

为了获得集中排烟隧道中排烟阀设置参数对排烟效果的影响规律,结合某大型过江隧道防排烟工程实际,根据隧道实际交通情况,设定了火源规模,并设计了数组隧道火灾工况,采用火灾动力学模拟软件FDS构建了集中排烟隧道模型,通过对不同火灾工况下隧道内2 m高处能见度、烟气蔓延范围及排烟阀效率等排烟效果指标的定量分析,获得了单向排烟和双向排烟两种集中排烟模式下单个排烟阀面积、间距、开启个数及形状对排烟效果的影响规律。结果表明：无论单向排烟还是双向排烟,单个排烟阀面积、间距及开启个数三种因素共同影响着排烟效果,一味的通过增大或减小其中的一个因素来提高排烟效果的做法是不可行的;但相同的排烟阀设置即相同的单个排烟阀面积、间距及开启个数时,单向排烟模式比双向排烟模式隧道内烟气蔓延距离小,但总排烟阀效率要低于双向排烟时的排烟阀效率,同时,单个排烟阀形状为矩形时排烟效果较好。     

长大公路隧道火灾安全疏散研究

为研究长大公路隧道运营期火灾发生时人员的安全疏散,首先对隧道火灾发生的原因、特点以及影响安全疏散的主要因素进行分析探讨,其次以某特长公路隧道为例,基于计算流体动力学模型,利用CFD软件对隧道进行火灾的数值模拟,研究了火灾时隧道内的烟雾、温度场的纵向分布扩散规律。并根据计算结果对隧道结构的通风防灾系统进行人员的安全疏散模拟。结果表明,在3 m/s的纵向通风条件下,当出现最不利火灾工况时,原有的通风防灾系统满足人员疏散的要求。     

城市浅埋隧道竖井排烟烟气逆流的影响研究

为研究浅埋隧道中烟气逆流长度的影响因素，以武汉东湖隧道为工程背景，采用量纲分析法，构建竖井排烟隧道内火源上游烟气逆流长度无因次表达式，并通过数值模拟，量化研究火源热释放速率、纵向送风风速、竖井与火源距离、竖井宽和高对火源上游烟气逆流的影响。结果表明： 上游烟气逆流长度随火源热释放速率、竖井与火源距离增长而增大，但当超过一定值时，烟气逆流长度均趋于稳定； 随着隧道纵向风速和竖井宽度的增加而减小，且不受竖井高度变化的影响； 同时，火源热释放速率与纵向风速的影响明显强于其他因素。创新性推导出了考虑火源热释放速率、纵向送风风速、竖井与火源间距、竖井宽度情况下火源上游无量纲烟气逆流长度的预测公式，且与数值模拟结果良好吻合。     

细水雾与排烟系统共同作用下地铁车站火灾烟气蔓延规律

为研究岛式地铁车站内列车发生火灾时，站台细水雾与排烟系统对烟气蔓延的控制效果，依托西安地铁4号线岛式地铁车站，采用FDS软件建立1：1的数值仿真模型，选择大涡模拟，研究站内列车火灾规模为5 MW时，站台细水雾与排烟系统共同作用下，火灾烟气蔓延速度、能见度与温度场的分布特征，分析了细水雾与排烟系统对烟气蔓延特性的影响规律；并通过缩尺模型试验，验证了数值模拟方法研究细水雾控制地铁火灾烟气蔓延的可靠性。研究结果表明：车门间隔开启时，烟气先向列车两侧蔓延，150 s时扩散至整个车厢并向站台层蔓延，当开启站台细水雾时，烟气温度明显下降，且随着细水雾粒径的减小与流量的增大，烟层降温效果增强；当水雾粒径为100 μm，流量为8 L·min^-1时，距离站台中线3 m处断面平均温度为36.19℃，较未开启细水雾时温升降幅可达62.91%；同时细水雾使得烟层蔓延速度减小，在开启细水雾系统后200 s内2^#楼梯口平均空气质量流速下降39.72%；当开启排烟系统时，可使列车内温度场纵向分布最大值向火源下游移动，加快站台层及列车内对流换热效率，使细水雾的气相冷却作用得到加强，二者同时作用时降温阻烟效果最佳。     

着火车辆高度对公路隧道火灾烟气蔓延特性影响分析

随着我国经济的发展,公路隧道的数量不断增多。由于隧道环境相对封闭,一旦发生火灾,毒气、热量积聚,人员疏散困难。因此,火灾发生后排烟系统成为控制烟气蔓延,排出热量的最有效方式。目前对隧道火灾烟气蔓延特性的研究不考虑隧道内车辆的影响,但实际火灾中,隧道内车辆会对流场产生影响,从而影响烟气蔓延。该文基于全尺寸隧道火灾试验,重点研究隧道实际运营状态下隧道内车辆高度对烟气蔓延特性的影响。