不同火源功率对列车火灾影响的FDS模拟与分析

以某高速检测列车为背景,采用美国NIST开发的大涡模拟软件,对列车运行速度为40km/h时10、15、20、25 MW四种火源功率对列车火灾的影响进行数值模拟与分析.计算结果表明列车火灾可以达到的最大火灾热释放速率为20 MW,火源功率在10～20 MW之间时,改变火源功率对列车内的温度和烟气浓度影响不大.在车厢外壁将...     

不同排烟口开启状态下妈湾隧道的排烟技术

为了研究隧道发生火灾时通风排烟方式和排烟口开启状态对排烟效果的影响,对妈湾水下盾构隧道的排烟特性和排烟效率进行了分析. 通过理论分析和火灾动力学模拟器FDS,得到了纵向通风排烟方式的临界风速和重点通风排烟方式的最佳排烟量;基于不同的排烟口开启状态设置工况,对烟气高度、蔓延长度、人眼高度处的能见度、CO体积浓度及排烟口的风速大小和排烟效率进行了研究. 研究结果表明:（1） 妈湾水下盾构隧道临界风速为4.5 m/s,重点排烟方式下同时开启上下游排烟口及只开启下游排烟口的最佳排烟量分别为290、410 m3/s;（2） 同时开启上下游排烟口,且及时开启火源正上方排烟口,能保证人眼高度处能见度大于10 m,CO浓度仅在火源上下游200 m范围内超过人体耐受极限,最大值仅为450 ppm,烟气高度在火源上游方向近100 m范围内升高,烟气蔓延距离缩短;（3） 同时开启火灾上下游排烟口时,及时打开火灾点正上方排烟口时的整体排烟效率比不打开时更高;只开启下游排烟口时,则正好相反;（4） 综合人员逃生指标,当发生火灾时,应采用重点排烟,同时开启火灾上下游排烟口,并及时打开火灾点最近的排烟口.      

圆柱形密闭空间内近壁火烟流瞬态分析

为了研究圆柱形密闭空间内近壁面火灾烟气的流动状态,运用大涡模拟和混合分数的方法对横剖面直径为3.2 m,纵向长6 m的圆柱形舱室内的模拟火灾实验进行了三维数值瞬态分析.研究结果表明,空气从单一方向进入火羽流,热烟气流动过程中受拱形壁面限制效果明显,横剖面非火源处的烟气层分层不甚明显,距火源中心2.35 m处,横向烟气传播的危害性比纵向大,同时表明数值模拟结果能较好的反应烟气流动的规律.     

自喷系统对地下三层岛式换乘车站火灾参数的影响

选择了大连地铁某三层岛式换乘车站作为研究对象,采用Pyro Sim软件对地铁站台区域火灾进行了数值模拟.分析了当地下三层站台中部着火,火灾自动喷淋系统失效、部分失效、正常启用条件下,站台内部的烟气层高度、火场温度、CO浓度、能见度等相关火灾参数的变化规律,探讨其对于人群疏散的影响.结果表明:对于地下三层站台中部区域的火灾,喷淋系统正常启用时,可以有效降低火场温度,减缓烟气层的变化,提高地下二层站台的能见度,同时降低其CO浓度,但也会增加着火层的CO浓度,降低其能见度.     

横通道对隧道火灾烟气浓度影响的数值模拟

文章利用fluent对隧道发生火灾时,不考虑横通道和考虑横通道且横通道内不同风速时烟气浓度的分布规律进行了三维数值模拟,研究结果表明：（1）横通道的开启对于火灾的发展及变化有着较大的影响,在火灾初期,风机通风风速为临界风速,在疏散救援阶段,应减小通风风速,避免横通道的气流使火灾隧道的烟气蔓延速度过快而对火源下游的人员不利;（2）入口通风风速越大,横通道中风速的大小对隧道中线上烟气浓度的影响越小;（3）不考虑横通道和考虑横通道且横通道内风速不同时,烟气浓度的纵向分布规律都基本相同,但是隧道不同横断面上的烟气浓度横向分布随风速的不同呈现出较复杂的规律,如果人员仍然沿着隧道中线逃离,可能会受到一定的威胁.     

坡度对铁路隧道火灾影响的机理分析

以狮子洋隧道为背景,对隧道火灾因坡度引起的影响进行了数值模拟,分析了火灾时隧道内的温度、能见度及烟气蔓延特征,结果显示:隧道坡度对烟气蔓延的影响随坡度的增大而增大,并且存在着一个临界突变值.得出了烟气蔓延到最大又回流的一段长度,是由于隧道内、外的温度差产生烟囱效应的结果.并对临界风速公式中坡度对临界风速的影响系数提出了修正.为研究隧道火灾及制定火灾情况下人员疏散方案提供参考.     

双喷空气幕在隧道火灾中的应用

为了减小火灾中烟气给人员生命财产安全造成的危害,文章在分析空气幕射流特性的基础上,提出了一种新型的、更高效的双喷空气幕,并以某公路隧道为原型,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,定性定量地分析了不同空气幕运行参数条件下的测点温度、CO浓度变化情况,进一步验证了运用流函数叠加法时得到的结论。     

单洞对向公路隧道火灾烟气模糊控制

为解决公路隧道火灾烟气对人员的影响,以单洞对向交通隧道火灾为基础,建立火灾数值计算模型。在火灾烟气控制中引入模糊控制理论,模拟烟雾在隧道内两组射流风机之间200m的区间内往复运动,通过改变射流风机的风速和方向,分析在时间为180、360S内,风速为1．0、1．5m·S-1的火灾烟雾扩散情况,研究了控制区域内烟气的分布和影响规律。计算结果表明：在火灾点两侧分别开启射流风机,间歇为30S、风速为1．0m·S-1的运行烟气属于小振幅运动,烟雾基本控制在火源点左右两侧50～80m的位置;间歇为60S、风速为1．5m·S-1的运行烟气属于大振幅运动,烟雾基本控制在火源点左右两侧80～100m的位置;烟气小振幅运动要优于大振幅运动。     

排烟量对隧道温度场变化特征的影响研究

为探究隧道重点排烟量对火灾热烟气层与冷空气层温度变化的影响,采用数值模拟方法研究隧道温度分布和隧道热烟气层、冷空气层的温度变化情况。结果表明:当排烟量从 140m3/s增加至220m3/s,隧道内整体温度分布范围收缩明显,当排烟量为220m3/s和240m3/s时,隧道内整体温度分布范围变化不大;当重点排烟模式开启后,隧道内热烟气层和冷空气层的温度均低于未开启排烟口工况的温度。此外,结合重点排烟量对隧道温度的影响特征,进一步建立热烟气层温度衰减预测模型,为类似工程提供研究依据和技术参考。     

地铁车站站台火灾性能指标的数值模拟与分析

准确地确定火灾相关参数分布是地铁车站防火性能化设计以及车站消防安全设计的基础,在确定疏散人员分布、烟气流动模型以及防排烟设计等参数后,采用FDS软件对一般地铁(岛式)车站进行了火灾模拟,分析了站台层温度分布、CO分布、CO2分布、能见度以及人员疏散时间等。分析表明:随着测试点与火灾距离的增加,温度、CO及CO2浓度、能见度均逐渐减小;站台层人员疏散在125s左右,全部人员疏散在165s完成,远远小于规范规定的360s内完成疏散的要求。     

客运车辆火灾轰燃条件仿真研究

基于能量平衡方程建立了热烟气层轰燃模型,经量纲归一化和微分同胚变换,得到属于燕尾突变的势函数,研究了客运车辆火灾的系统控制变量和工况条件的关系,控制变量的突变分叉集空间将火灾分为轰燃区和非轰燃区,在轰然区,可利用势函数的特性曲线和微商图得出火灾的不稳定点,再由不稳定点取值计算轰燃发生时热烟气层的温度,车辆火灾算例表明,车厢内部发生轰燃时的热烟气层平均温度为898．3K,与实测的数值吻合较好。     

提高铝合金车体防火性能的方法研究

基于对轨道交通车辆防火标准以及车辆发生火灾事故对于乘客人身安全危害性的认知,重点研究了一种提高铝合金车体防火性能的方法,以满足动车组行车能力及乘客疏散救援要求.以某动车组为例,首先计算车内非金属材料热释放量,假设火灾风险、火源功率,将其热负荷加载到车厢有限元模型中,应用FDS软件仿真分析车体在火灾状态下的温度分布,将温度分布插值到车体有限元模型中的每个节点,确定燃烧损坏区域;利用ABAQUS软件模拟分析车体在承受热负荷及最大拉伸载荷工况下的静强度、刚度的变化.在热力耦合工况下,通过车体刚度的变化即车体变形量的大小,验证动车组是否满足行车能力要求,若否,则需在车体静强度薄弱的区域,不改变车体设计结构的情况下,添加非金属防火材料的方法,提高车体热负荷下的静强度、刚度,即提高了车体防火性能.并详述了允许车体变形量判断依据及限值计算结果.     

动车组车内行李架火灾数值模拟

建立了模拟动车组车内火灾的计算流体动力学模型,基于低马赫数三维非稳态Navier-Stokes控制方程,使用大涡（LES——LargeEddySimulation）湍流模型计算火驱动的空气流动,对动车组行李架上小型火灾进行了数值仿真研究,分析了动车组行李架上小型火灾时车内烟气、温度及速度分布特点．结果表明：行李架上小型火灾事故时,烟雾仅在车顶部空间蔓延,只有顶部空间温度升高较为明显,既车顶部火源较小的小型火灾可以导致较高的局部高温．     

船舶舱室火灾烟气蔓延的场-区耦合模型

针对大型船舶火灾中的烟气蔓延,分析了场模型FDS软件和区域模型CFAST软件各自的局限性。基于能量传输、组分转换和压力平衡原理,建立了船舶舱室火灾烟气蔓延的场-区耦合模型。搭建了带有4个测点的船舶舱室火灾缩尺试验平台,验证了耦合模型的有效性。对船舶舱室火灾的烟气蔓延进行了场模拟、区域模拟和场-区耦合模拟,并将温度和烟气层高度的模拟结果进行对比分析。分析结果表明:4个测点的温度均随着时间的增大而上升,在同一时刻距火源近的测点温度高,随着与火源间距离的变大,测点温度降低,4个测点的温度受烟气湍流的影响略有波动;在燃烧达到稳定状态之后,场-区耦合模型能较准确地模拟烟气层高度的变化规律,均优于场模型和区域模型的模拟结果;在计算时间上,场-区耦合模型比场模型缩减了约54%的计算时间;场-区耦合模型的模拟结果与试验结果具有良好的一致性,因此,其具有较好的工程应用价值。     

隧道火灾排烟口位置对排烟效率的影响

为研究长大隧道其排烟口位置对半横向排烟效率的影响,本文以Memorial Tunnel 为原型建立1∶20隧道模型,其尺寸为 42.7 m × 0.45 m × 0.23 m,并采用坡度为水平和3.2%两种状态,以油池火（甲醇）作为火源,在模型隧道中进行了一系列的实验. 同时,采用火灾动力学模拟软件FDS 6.0.1对排烟口位于火源左侧、右侧和两侧对称分布3种工况进行数值模拟,对比数值模拟和实验结果,得出以下结论: （1）在水平隧道中,排烟口对称分布于火源两侧时,烟气层大致呈对称分布,排烟效率最高,相对于排烟口分布于火源左侧或右侧,其排烟效率能分别提高10.22%～13.58%和7.66%～16.84%;当两排烟口位于火源左侧或右侧时,烟气向排烟口所在位置相反方向蔓延距离增长,排烟效率不存在明显差异. （2）在倾斜隧道中,烟气在火源两侧呈不对称分布,向隧道高端蔓延距离较长;当排烟口仅火源左侧（低端）布置时排烟效率最低,而对称分布于火源两侧时的排烟效率有所提高,较排烟口仅左侧分布提高了33.9%～39.6%;排烟口仅分布于火源右侧（高端）时的排烟效率最高,与排烟口仅分布于火源左侧时相比,排烟效率提高了40.5%～51.6%. （3）倾斜隧道中排烟口位置对排烟效率的影响较水平隧道更为显著,且随着排烟量的增加,该影响程度逐渐减小.      

舰船发动机排气管内顺流喷雾降温的CFD分析

发动机排气管废气出口温度过高是影响舰船红外隐身性能的重要因素之一.在排气管内喷雾能有效降低废气出口温度.针对排气管内顺流喷雾时的气液两相湍流流动与热质传递,用Euler-Lagrange方法建立了数理计算模型,用CFD计算软件进行了数值模拟.考察了水雾出口温度、水流量、水雾喷射夹角及雾滴初始粒径对喷雾降温效果的影响.结果表明:排气管内顺流喷雾时,废气出口温度大幅降低,呈倒钟形分布;废气出口温度的大小和分布与水流量、水雾喷射夹角及雾滴初始粒径息息相关;水流量越大、雾滴初始粒径越小,则废气出口温度越低,废气出口温度与水流量的大小基本呈线性关系;雾滴初始粒径越小、水雾喷射夹角越大,则废气出口温度分布越均匀;而废气出口温度的大小与分布对水雾出口温度的变化并不敏感.     

公路隧道运营期火灾烟气流扩散规律及救援对策

火灾发生时隧道内烟气流的扩散规律对火灾救援至关重要。以张涿高速公路分水岭特长隧道为背景,采用计算流体动力学方法,对隧道火灾烟气流扩散进行数值模拟,总结了火灾工况下的烟气扩散规律,据此提出了相应的公路隧道火灾救援对策。     

数值仿真在动车组空调设计中的应用

以某高速动车组中间车为研究对象,创建了车厢内部三维空间区域的数值计算模型,在冬季和夏季两种工况下,采用κ-ε标准湍流模型和SIMPLE算法,对车厢内的空气流动和传热状况进行了数值计算,计算中综合考虑了车体壁面传热、人体散热等多种传热过程.并应用空调行业标准,对车厢内温度的均匀性及速度场的适用性进行了分析评估.研究结果表明该车空调通风系统设计合理,满足人体舒适性要求.     

足尺隧道5MW火灾下大巴车疏散时间试验研究

为研究大巴车人员在隧道突发火灾情况下的的疏散时间,提高隧道运营安全性,在1∶1全尺寸试验隧道内,构建了油盆火燃烧场景,开展了不同人数、不同路径等4组工况下的大巴车人员疏散试验.试验记录了不同工况下的车内疏散时间与车外疏散时间,并将疏散时间的试验结果与经验公式计算结果进行了对比研究.试验结果表明:在视觉良好且障碍物干扰较少的试验环境中,大巴车车内疏散时间大于车外疏散时间,且疏散人数越多,两者差距越大,可见车内疏散是整个疏散过程的一个瓶颈点,有必要加强突发事件下大巴车驾乘人员的车内逃生教育培训等工作,以提高车内疏散效率;在有多个可用出口的情况下,99％的参与者选择从远离火源点最近的出口逃生,并导致该出口出现了排队现象,因此有必要加强隧道内疏散路径和紧急出口的指引,以避免群体疏散时的盲从性,并提高疏散效率.对比结果还表明:采用经验公式计算疏散时间时,应结合实际情况充分考虑疏散人数规模对通道人流平均通过速度的影响,火灾规模与疏散环境对车外疏散速度的影响,以及实际使用出口数与可用出口数之间的差别,从而合理设定参数值,提高计算结果的准确性.     

地铁车厢内乘客站立位置选择行为研究

基于地铁乘客在车厢内站立位置选择行为设计问卷并调查,引入信效度分析判断问卷及其结果的可靠性,分析乘客在车厢内站立位置的选择偏好和对座位的需求程度.针对乘客从车厢两端和车厢中部车门上车两种情景,将车厢内部站立区域划分为6部分,建立考虑乘客出行距离和车厢内立席密度的乘客站立位置选择基线—类别Logit模型,采用调查数据对模型参数进行估计并验证.研究表明,模型标定结果与调查数据较为吻合,可较好地刻画乘客的选择行为.此外,乘客对车门前区的选择概率随车厢内立席密度的增大而增大,而坐席区域和侧边区域则相反;乘客出行距离较长时,乘客选择坐席区域的概率对车厢内立席密度的变化更为敏感.