纵向风对高海拔铁路隧道火灾烟气时空分布的影响

目前对高海拔铁路隧道火灾的研究较少。本文应用火灾动态仿真模拟软件(Fire Dynamic Simulation,FDS)对海拔500,3000 m铁路隧道内的火灾烟气蔓延进行了数值模拟分析,对比了高海拔环境低温、低压、低氧等显著特征及纵向风速对隧道火灾的影响。结果表明,在本文的火灾计算条件下海拔3000 m时隧道内的最高温度比低海拔时低24.8%,CO浓度增大30%~50%;海拔3000 m时随着纵向风速增加,拱顶最高温度显著下降,最大降幅达62.5%,且最高温度点向下游偏离火源区边缘上方;火源上游温度减小且升温范围逐渐减小,纵向风对上游烟气的“稀释”“阻拦”作用强于下游。     

铁路隧道内列车发生火灾时通风临界时间的确定

采用数值模拟方法获得隧道纵向通风排烟模式下的可用安全疏散时间,并与采用Togawa经验公式计算的所需安全疏散时间进行对比,以此判断人员疏散安全性,分析确定通风临界时间。结果表明:隧道纵向通风排烟下,通风开始时间对人员疏散安全性影响显著。通风开始时间早于180s人员疏散不安全;当火源功率不大于15MW时,通风开始时间不早于180s即可保证人员安全疏散,而火源功率大于15MW时,通风开始时间不早于180s且不晚于240s才能保证人员安全疏散;当纵向通风风速大于3m·s~(-1)时,通风开始时间不早于180s即可保证人员安全疏散,而纵向通风风速不大于3m·s~(-1)时,通风开始时间不早于180s且不晚于300s才能保证人员安全疏散。综合得出铁路隧道内列车发生火灾时通风临界时间为180s。     

V形坡铁路隧道火灾模式下烟气流动分布特性研究

以宝(鸡)兰(州)客运专线渭河特长隧道为例,对"V"字线形隧道火灾模式下烟气流动特性和分布特征进行三维数值模拟研究,对含竖井区段进行计算模拟,分析火灾烟气在隧道内的流动特性和分布特征。通过对不同火源位置、不同纵向通风形式和不同横通道通风状态下火灾工况的模拟计算,分析纵向通风对火灾烟气流动、横断面烟气分布、拱顶中心和一人高处温度分布的影响,得出温度控制的可用安全疏散时间曲线。当救援通道位于火灾上风区时,为避免高温烟气回流,应保证有≥1.0 m/s的纵向通风;当救援通道位于火灾下风区时,为确保疏散人员安全,应改变纵向通风方向,使救援通道处于上风区。     

小半径曲线隧道温度场与临界风速研究

隧道事业的发展促使隧道设计理论与施工技术的变革,隧道设计施工中为避开季节性冰冻带、断裂带等恶劣的地形地质条件,出现了曲线隧道,且曲率半径越来越小.典型曲线隧道有:2009年新建的四川石棉县干海子双螺旋隧道,左右洞全长1 715m、1 803 m,曲线半径600 m、618 m,进出口高差70 m;2011年新建的云南新安隧道,长1 456 m,曲率半径220～ 270 m,进出口高差48 m[1].曲线隧道内部构造造成火灾时隧道内烟气流动有别于直线隧道,国内外对小半径曲线隧道火灾研究处于起步阶段.以新安隧道为例,分析曲率对人员逃生高度、拱顶高度及烟气温度分布的影响,研究不同曲率半径下临界风速,为我国曲线隧道火灾通风设计提供参考.     

地铁区间隧道火灾烟气分区控制试验研究

地铁区间隧道内对乘客生命威胁最大的是火灾烟气,因此防灾的关键在于烟气控制。车头和车尾火灾时采取纵向通风能使人烟分离,但对于列车中部着火时下风侧乘客将不可避免地在烟气笼罩的环境中。提出了火灾烟气纵向分区控制模式,即利用防烟隔板将隧道划分成行驶区和疏散通道2个防烟分区,采取适当通风阻止烟气侵入疏散通道,保障人员疏散过程与烟气分离。通过1∶5隧道模型中烟气分区控制试验结果的比较分析,证实采取不同通风方式均可使疏散通道保持较高压力,使气流由疏散通道流向行驶区,以阻止火灾烟气侵入疏散通道内,但不同通风方式在高温控制及烟气控制效果上存在差异,其中以疏散通道正压送风及行驶区单侧排烟相结合的通风方式综合控制效果最好。     

铁路隧道内道床机械化清筛作业通风技术

以一座长500 m既有铁路单线隧道为工程依托，对隧道内清筛机组加装射流风机，通过理论推导计算和流体仿真分析，确定与隧道通风要求匹配的射流风机参数。结果表明：隧道内风机组中轴线处最高风速约13.6 m/s，随距风机出口距离加长风速逐渐减小，距风机出口40 m处风速已减少至2.9 m/s；将两组射流风机以间距40 m安装，可形成长距离通风传导，明显改善通风效果。经工程现场测试，清筛机组加装单组射流风机作业3 h，隧道内一氧化碳、氮氧化物、颗粒物浓度分别为18.0、4.6、2.9 mg/m³，均符合规范要求。     

分布式光纤测温系统监测地铁火灾的试验研究

介绍了分布式光纤温度测量原理,详细描述了分布式光纤测温系统的主要组成结构和各模块的功能特点.通过设置不同高度的火源位置以及不同的火源功率,在模拟地铁区间隧道中开展全尺寸火灾试验,研究分布式光纤测温系统在地铁区间隧道内发生火灾时的温度响应性能,测量隧道拱顶处最高温度分布,并根据温度变化情况来讨论火灾发生的规模和火灾探测器的报警阈值.研究发现,在隧道内纵向风速较大时,火焰及烟气会发生倾斜,导致分布式感温火灾探测器报警位置发生变化.最后,对分布式光纤测温系统中感温光纤在地铁区间隧道内敷设高度进行了讨论.     

光纤光栅感温火灾探测系统在隧道风作用下的温度响应

试验研究了地铁区间隧道所用独立光纤光栅火灾报警系统在风速分别为0、3m/s、6m/s等3种工况下的温度响应和温度梯度响应。试验证实,在有风条件下,隧道顶部温度分布明显偏离对称型且温升速度缓慢,在规定的60s内很难达到定温报警阈值;改用温升梯度作为有风工况下的火灾识别参数可同时优化火灾响应速度和火灾虚警抑制。在试验条件下,温升梯度在火灾发生后30s内即可达到火灾差温报警阈值12℃/min,启动差温火灾报警。     

光纤光栅感温火灾探测系统在地铁区间隧道中的应用

介绍了光纤光栅温度测量的原理,描述了光纤光栅感温探测系统的主要组成结构和各模块的功能特点.通过设置不同高度的火源位置及不同的火源功率,在模拟地铁区间隧道中开展了全尺寸火灾试验,研究光纤光栅感温火灾探测系统在隧道内发生火灾时的响应性能,测量隧道拱顶处最高温度以及报警响应时间,并根据光纤光栅传感器的温度变化情况来确定火灾规模.研究发现,在隧道内纵向风速较大时,火焰及烟气会发生倾斜,导致光纤光栅感温火灾探测器报警位置发生变化.讨论了光纤光栅感温火灾探测系统报警阈值的设置和光纤光栅传感器敷设间距的布置.     

压入式通风对高地温隧道衬砌的降温效果分析

以拉萨—林芝铁路桑珠岭隧道工程为依托,分析高地温隧道温度场的分布规律及高地热环境对隧道结构力学性能的影响,并且采用有限元软件分析了压入式通风对高地温隧道衬砌的降温效果。研究结果表明:隧道初始温度场的温度越高,开挖的影响范围就越大,对隧道结构的力学性能影响越大;为了保障施工及运营安全,必须持续降低隧道内的温度;采用压入式通风方法可有效降低隧道内环境温度,当通风速度达到35 m/s时,降温率可达43.3%。     

火灾工况下地铁开式通风系统侧置喷嘴的结构优化研究

主要针对火灾工况下地铁开式通风系统侧置喷嘴送风的两种不同结构形式进行研究。采用Fluent数值模拟方法,使用标准k-模型,对建立的隧道火灾工况模型进行数值计算,得出了两种喷嘴结构形式对火灾工况下隧道通风的影响。结果表明,两种侧置喷嘴结构形式均大于临界风速2.1m/s,可以满足火灾工况下的隧道通风要求,但是方案二风机所需风压偏大,经济性较差,本文推荐采用方案一的喷嘴结构形式。     

火源位置对铁路隧道救援站内拱顶温度纵向分布的影响

为探明铁路隧道救援站内的拱顶温度,以高黎贡山隧道为背景,建立考虑纵坡的1:10铁路隧道救援站及列车缩尺寸模型,研究不同火源位置(高端、中部和低端)在不同通风模式(自由蔓延、纵向通风和半横向通风)下对救援站拱顶温度纵向分布的影响.结果 表明:自由蔓延模式下,火源位于隧道中部时拱顶温度最高,达到940℃,远高于其他2种模式...     

市域快线列车内不同位置火灾对隧道温度场分布的影响研究

区间隧道火灾时的温度场分布是保障隧道结构安全与制定人员疏散方案的重要依据。根据市域快线列车车厢内部不同因素引发火灾的常见位置,通过数值模拟的方法研究市域快线列车内部不同位置火灾对隧道温度场分布的影响。研究结果表明：1)在1～3 MW火灾中,行李火灾、人为纵火常见位置对隧道拱顶温度影响较大;在4～5 MW火灾中,设备火灾常见位置对隧道拱顶温度影响较大。隧道拱顶的高温区出现在火灾车厢某个客室侧门上方。2)隧道拱顶最高点处温度峰值的最大值常出现在车厢端部客室侧门处。在火灾车厢范围外,隧道拱顶最高点处温度呈指数衰减,且纵向轴线上的火源越靠近车厢中心,隧道拱顶最高点处温度衰减越慢。3)当火源位于车厢内,疏散平台上方的拱顶温度受影响范围较小、峰值较高,当火源位于贯通道内其受影响范围较大、峰值较低,且每个客室侧门处均形成了峰值。4)市域快线列车内部火灾会对3～4节车厢范围内的疏散平台2 m高处温度产生显著影响,在此范围内客室侧门正对的位置形成峰值。当火源功率达到3 MW时,疏散平台开始出现危险区域;当火源功率达到4 MW以上,不同火灾位置时疏散平台均会出现危险区域。行李火灾、人为纵火常见位置的火灾场...     

某地下单洞双线隧道通风排烟方案研究

研究目的:地铁地下单洞双线隧道具有断面积大、行车组织复杂等特点,隧道通风和排烟一直是工程设计中的重难点。本文研究了某地下单洞双线隧道正常通风、阻塞通风和火灾排烟系统方案。基于国内最不利地铁隧道通风室外空气计算温度,运用SES和CFD软件对隧道内正常、阻塞和火灾工况进行模拟分析。研究结论:(1)模拟工况条件下,正常工况下隧道内平均温度最高为38. 3℃,满足列车正常运营环境温度要求;(2)阻塞工况下列车周围空气平均温度为41. 1℃,满足列车空调工作温度要求;(3)火灾工况下,烟气被控制在列车前后100 m范围内,且主要集中在隧道顶部,疏散平台2 m高度范围内平均温度不超过60℃,满足乘客疏散要求;(4)本研究确定了单洞双线大断面隧道通风和排烟方案及效果,为轨道交通领域类似工程通风排烟设计提供参考。     

京张高铁八达岭隧道及地下站活塞风效应研究

为分析高铁隧道及地下车站活塞风效应,采用经三维CFD数值模拟验证后的一维数值模拟计算方法,建立京张高铁八达岭隧道及半高安全门地下车站通风网络模型,计算不同工况下进出站人行通道风速,并评估通道内人员安全性。结果表明:一维数值模拟方法能准确预测咽喉区气流分布及通道风速;列车正常运营产生的活塞风直接影响站内气流,进出站人行通道内风速最高可达8.3 m/s;风速最大负值出现在两个区间分别有列车往隧道外以最大速度行驶时,风速最大正值出现在两个区间分别有列车以最大速度进站并在车站附近会车时;单车越行和两车会车时,通道内最高风速分别可达4.6 m/s和7.6 m/s;通过人员安全性分析,得到本模拟计算的通道内最大风速8.3 m/s在安全范围内,只是部分人员感觉不舒适。研究结果可用于高铁地下站通风系统的安全和舒适设计。     

隧道火灾三维数值模拟的瞬态分析

用连续方程、动量方程、能量方程及气体组分方程描述隧道内气流流动状态,采用湍流粘性系数模型中考虑浮力影响的湍流模型方程(K-ε方程),对某实验隧道火灾进行三维数值模拟瞬态分析,研究隧道火灾特性和烟气的速度场及温度场发展规律。研究结果表明,在横截面上先被加热的是拱顶,随着时间推移,高温烟气不断对其进行对流换热,整个横截面温度逐渐升高,且分布发生变化,经过一定时间后,分布形式基本确定,并向稳态逼近。采用3 m.s-1的机械通风,隧道内没有出现烟气逆流区,很好地抑制了气流的回流,满足隧道火灾通风要求,为上游人员及车辆逃离提供了气流通道。     

隧道火灾模型试验中列车对烟气控制的影响

分别对太行山铁路隧道缩尺模型内有无列车两种工况进行火灾试验,讨论列车阻塞对隧道火灾临界风速的影响,比较有无列车两种工况下临界Froude数,并分析烟气回流长度的影响因素。结果表明:铁路隧道内有列车时控制火灾烟气回流的临界风速明显降低;阻塞比为0.2时的临界风速比无列车时的临界风速减小23%,说明临界风速差异比接近且稍大于隧道阻塞比;计算临界风速时使用的临界Froude数与火灾热释放率相关,不是一个常数。无量纲回流长度与Froude数近似呈线性关系,在相同Froude数下无列车时回流长度明显更长。     

地铁某岛式车站隧道火灾的模拟与分析研究

为分析上海地铁1号线某枢纽车站隧道火灾防排烟能力,分别对该站自然通风、开/关站台轨旁侧排烟风机(UPE)等机械排烟条件下,10 MW列车火灾时的车站烟气温度场、烟雾分布及浓度进行了数值模拟与分析研究。研究表明,火灾列车进入车站时必须及时开启车站排烟风机(SEF)、隧道事故风机(TVF)和轨旁侧排烟风机(UPE),方能使站台隧道内风速接近临界速度,基本消除站台隧道内烟气逆向扩散,同时烟雾限制在隧道局部且浓度较低,有利乘客疏散。目前该排烟机制下站台层部分楼梯口烟气温度仍偏高,风速未达到地铁设计规范要求,存在安全隐患,应当引起运营部门的重视。     

顶隔板对公路隧道火灾烟气蔓延及温度的影响研究

以隧道独立排烟道集中排烟模式为研究背景,对不同坡度下有无顶隔板的12组火灾工况进行数值模拟,分析顶隔板对隧道火灾烟气蔓延与温度分布的影响.结果表明:顶隔板使隧道在火灾情况下产生明显烟囱效应的临界坡度变为1%,同时隧道顶部的最高温度比原来至少提高了10%,隧道内600℃以上的高温烟气分布范围比无顶隔板情况多出6 m以上、...     

地铁出入段线防排烟系统 设计方案优化研究

对于地铁出入段线防排烟系统设计方案,常采用在靠近洞口处设置射流风机辅助排烟的方式,这种方案 中射流风机的配电成本远高于射流风机本身成本。采用 FDS 数值模拟方法,研究郑州地铁 10 号线出入段线隧道 5 种防排烟系统设计方案的隧道风速和排烟效果,并对各方案进行经济性分析。研究结果表明：作为非载客区间 的出入段线,其排烟风速低于 2 m/s 时仍可满足有组织排烟的要求;取消洞口处射流风机,仅采用出入段线所接 车站的 4 台 60 m3 /s 事故风机,仍可较好地控制该出入段线隧道火灾烟气,防止火灾烟气威胁车站的运营安全, 不影响地铁列车司机的安全撤离;条件允许时可以在出入段线靠近车站侧设置一组射流风机,用于加强排烟效果、 提高运营安全水平;同时,火源靠近车站时,靠近出入段线侧两台事故风机比其余事故风机晚启动 30 s,可以有 效改善车站隧道内烟气滞留的问题。