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。     

控制纵向通风隧道火灾烟流的模型

本模型揭示了公路隧道火灾时期发生逆流时火源区域烟流流动规律，分析得出公式可以估算阻止火灾时期发生逆流时所需的“临界风速”。从本模型得知临界风速取决于隧道高度和火源热释放率的大小。通过和在原型试验隧道火灾实验数据的比较，本模型可以为防灾通风设计提供依据。     

公路隧道中控制火灾烟流的计算模型

本模型揭示公路隧道火灾期间发生逆流时火源区域烟流流动规律,得出公式可用于估算阻止火灾期间发生逆流时所需的“临界风速”。从本模型得知临界风速取决于隧道高度和火源热释放率的大小。通过与原型试验隧道火灾试验数据进行比较,本模型可以为防灾通风设计提供依据。     

四洞公路隧道火灾模式下烟气控制标准研究

为了确定四洞公路隧道火灾模式下的烟气控制标准,通过理论公式计算得到火灾隧道内防止烟气逆流的纵向临界通风风速,并采用火灾动力学软件FDS进行对比验证,同时研究阻塞场景下在相邻安全隧道内进行反向通风的控烟模式,得到阻止烟气经火源下游的横通道蔓延到安全隧道的临界风速。结果表明:Kennedy理论公式计算的结果与FDS模拟结果吻合较好,确定三车道隧道火灾模式下临界风速为2.2m/s,双车道为2.3m/s;阻塞场景下,三车道隧道发生火灾时,相邻三车道安全隧道反向通风临界风速不小于3.5m/s,双车道隧道发生火灾时,相邻三车道安全隧道反向通风临界风速不小于5.5m/s。     

坡度隧道中烟气控制的CFD模拟研究

临界风速是隧道火灾紧急通风系统设计的一个重要参数。在坡度隧道中,由于火风压的作用,临界风速与水平隧道临界风速相比会有一定的差异。下坡隧道临界风速会稍大于水平隧道的临界风速。本文对坡度在0～10％范围变化的隧道进行了大量的CFD模拟计算,从模拟结果中得到了临界风速的通用坡度修正公式。     

公路隧道火灾疏散场景热释放率增长曲线选择

公路隧道火灾疏散场景分析中,火灾热释放率增长模式不同,逃生分析结果也会有所不同。火灾热释放率增长模型通常有4种：线性增长模型、平方增长模型、指数增长（燃料控制）模型和指数增长（通风控制）模型。论文通过对这4种增长模型以及国外大型公路隧道火灾试验进行统计分析,建议在公路隧道火灾疏散场景中采用平方增长的初始阶段火灾模型作为设计火灾模型,并给出了不同设计火灾的热释放率增长曲线。     

隧道火灾时机械通风模式对临界风速之影响研究

隧道内发生火灾时,若浓烟的扩散方向与人员逃生方向相同,则造成严重的伤亡。隧道火灾发生初期,可利用排烟风机产生大于临界风速(critical ventilation velocity)之强制通风气流,将浓烟吹往向设定之方向排出隧道,借以净空人员逃生路径,达到灾害防治之效果。已有很多学者探讨临界风速,但先前研究均设定排烟风机产生之气流"均匀"分布于隧道断面,然而实际隧道内排烟风机产生之气流"不均匀"分布于隧道断面,虽有相关规范强调离火源最近的风机不启动,以期吹进火源之通风气流接近均匀,但通风气流产生之效应仍未被完整了解,故本研究以实验及计算机模拟探讨实际隧道内排烟气流行为及对火源之影响。本研究以1∶20缩小尺度进行实验,利用油盘与两种不同火源,并设计3种排烟模式(全断面、上半断面及jet fan)及3种火源距离(距离出风口150,200,250 cm)探讨各种效应对临界风速之影响。实验发现,相同火源在全断面排烟模式所需临界风速低于jet fan排烟模式,这说明若以全断面实验所得之结果作为实际隧道排烟风机设计基准,将无法得到良好的控制浓烟流向效果。此外,上半断面及jet fan情形下通风气流与烟流有产生乱流之现象,将影响人员逃生。     

单洞双向公路隧道火灾场景临界风速研究

为解决公路隧道典型火灾场景通风排烟问题，以单洞双向公路隧道为研究对象，利用FDS软件采用数值模拟的方法对单洞双向公路隧道典型火灾工况下的临界风速面临的多种类型的影响因素进行分析研究，并获取相应的模拟数据；以不同类型的影响因素作为神经网络输入，临界风速作为网络输出搭建LSTM网络模型，并根据试验数据进行网络性能分析。结果表明：LSTM网络模型的预测值与期望值的最大相对误差不超过0.03,具有良好的准确性，在数据的精度方面可满足隧道消防工程的精度要求，较为准确地预测了多种因素作用下的典型火灾场景临界风速，为临界风速的研究提供了一种新方法，有助于进一步提升公路隧道安全运营。     

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.     

带竖井长大公路隧道火灾通风的CFD分析

针对带竖井的长大公路隧道,建立了隧道火灾物理、数学模型,并运用CFD的方法进行数值求解,用连续方程、动量方程、能量方程及气体组分方程描述其气流流动状态。并采用受浮力影响的湍流模型方程,选取秦岭终南山特长公路隧道作为计算模型,分析了不同通风风速下,隧道与竖井内的速度场和温度场,从而较全面地了解隧道和竖井内的火灾特性和烟气发展规律。分析表明3 m/s的通风风速对于防止出现回流,缩小火灾影响范围是比较理想的。     

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。     

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。     

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。     

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。     

公路隧道火灾烟气特性数值模拟分析

本文针对典型的隧道类型,基于计算流体动力学模型,通过数值模拟试验和理论分析,对隧道火灾的发生、发展状况以及烟气的扩散和运动规律进行了研究,分析了不同风速和火灾规模状况下的烟气层的运动状态,空间温度场的分布和变化规律以及火灾对人员疏散安全的影响等问题。同时,研究了风速、火源功率以及截面形状等关键参数对火灾烟气及温度变化的影响。研究表明,纵向通风速度对沿隧道长度方向的烟气层高度的分布有着很大的影响,圆形截面可以储存更多的烟气并能有效降低隧道底层的温度。该结论可为我国公路隧道防火措施的制定提供有益的参考。     

应用连续热驱法研析隧道水泥衬砌之拉力强度与破裂韧度受热的影响

隧道火灾可能毁损隧道衬砌支撑,造成隧道坍塌。通过对热损分布关系进一步了解,有助于在灾前提高材料的防火性能设计,并在灾后较精准的预测其损害范围,进而降低修缮成本。以往的研究都采用个别式热损试样准备法,无法准确预测没有试验数据的结果,故本研究提出连续热驱试样准备法,从而得出连续性的试验数据。本研究研析水泥砂浆受连续热损后,其拉力强度及破裂韧度与温度的相互关系。藉由试验结果,除可获得较为精确的预测方程外,并以Log Log交点法得到相对合理与准确的临界热损温度(540~550 ℃),以期为隧道火灾防范提供参考。