城市环廊隧道多种排烟方式组合排烟效果试验（双语出版）

考虑到城市环廊隧道（Urban Traffic Link Tunnel,UTLT）事故通风和火灾烟气控制的难度,为了给其提供防排烟优化设计方案,采用CO₂为示踪气体,对隧道单独采用横向排烟方式时的排烟、排热效率进行考查。对射流风机纵向排烟配合轴流风机集中排烟、射流风机纵向排烟配合排烟井自然排烟2种组合排烟方式在UTLT中的效果进行研究。结果表明：在UTLT中单独使用横向排烟时,随着排烟量的提高,排烟、排热效率增长趋于缓慢;增大横向排烟量会增加风机房与管道的占地面积,可能在城市核心区使用时遇到困难;采用火源上游射流风机纵向排烟与火源下游轴流风机集中排烟配合的方案,在轴流风机排烟量不变的情况下,仅仅依靠轴流风机的驱动力难以抑制烟气往火源上游蔓延;需要借助射流风机营造的纵向气流配合,但纵向风速过大又会加剧烟气向下游分支蔓延;采用火源上游射流风机纵向排烟与火源下游竖井自然排烟配合的方案,在纵向风速一定的情况下,须合理设置排烟井的截面尺寸与高度。     

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。     

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。     

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。     

均匀风量集中排烟隧道火灾烟气流动分析与足尺试验

隧道火灾集中排烟系统集纵向和横向排烟模式的优势,应用愈加广泛。然而在排烟过程中,大量烟气易从离风机较近的排烟阀排出,极大降低了排烟效率并浪费了能源,为解决此类问题提出均匀风量集中排烟模式的概念,通过调节排烟阀开启角度,使各排烟阀排烟量均匀一致,最大限度的将高温烟气由火源附近的排烟阀排出。基于质量、动量和能量守恒方程,以排烟道内烟流为控制体,建立均匀排烟模式下关于排烟阀流速、排烟量、排烟阀开启角度和排烟风机风压关系的理论预测模型并求出解析解;同时,以港珠澳大桥海底沉管隧道为原型,建立世界最大断面尺寸沉管试验隧道,开展足尺验证试验。研究结果表明：均匀风量排烟系统能够通过控制排烟阀开启角度平衡各排烟阀排烟量实现高效排烟的目的;提出火灾时应开启火源最近处排烟阀且在满足烟气流速限值的情况下,控制排烟阀开启数量,既能缩短烟气蔓延范围又能实现有效节能;均匀排烟模式下,各排烟阀排烟量均匀一致,排烟阀开启角度呈逐渐增大趋势,离火源越近排烟阀开启角度越小。最后,以10 MW火灾为例,通过足尺试验验证均匀风量集中排烟烟气运动理论模型的正确性。     

自然风对射流风机临界风速的影响

临界风速是隧道排烟设计的重要参数,而自然风速与风向均对隧道排烟有显著影响。为研究自然风速与风向对射流风机临界风速的影响,根据π定理和相似理论,对影响射流风机临界风速的相关因素进行量纲分析,推导出射流风机临界风速与火源功率、自然风速这2个影响参数的无量纲函数关系式。采用1∶20隧道模型和5种不同火源功率,设计了11种模拟自然风,并对数据结果进行拟合,确定了射流风机临界风速与这2个影响参数的关系。结果表明:在射流风机与火源纵向间距不小于4 m情况下,其临界风速与火源纵向间距无关。自然风对射流风机临界风速有较大影响,且不同自然风时影响也有所不同:当自然风向与射流风机风向同向时,其临界风速与火源功率的1/3次方成正比,这虽与Oka等模型、Wu等模型和Li等模型相似,但实际隧道断面送风是不均匀的且隧道出入口具有自然风,自然风速越大,临界风速越小;当自然风向与射流风机风向反向时,其临界风速与火源功率的1/5次方成正比,且自然风速越大,临界风速越大。根据这些拟合结果确定了无量纲函数关系式中各未知系数的取值,进而得到了自然风速与风向的射流风机临界风速模型,并将模拟结果进行了验证,取得了较好的一致性。     

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。     

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。     

超宽水下隧道侧壁排烟策略数值模拟研究

侧壁排烟是水下隧道主要火灾排烟方式之一,其排烟策略对火灾排烟效果有着重大的影响,尤其是3车道及以上的宽体隧道,排烟策略对侧壁排烟效果的影响更为明显。以某双向6车道水下隧道为例,采用数值模拟方法,分析了隧道内火灾烟气扩散和人员疏散过程,并以排烟效率和安全疏散时间为评价指标,对比分析了各种排烟策略的排烟效果。结果表明:1)纵向风能有效抑制烟雾往上游方向扩散,但同时也会增加烟雾往下游方向的扩散距离;2)纵向风对排烟效率和可用安全疏散时间存在一定影响,排烟口开启方式应结合纵向风速确定。该成果可为隧道运营管理和应急救援提供参考。     

隧道内横向偏置火源火灾烟气温度特性全尺寸试验研究

为了研究隧道内火灾温度分布规律和烟气运动状态，使交通隧道火灾灾害降到最低，通过全尺寸隧道火灾试验研究了热释放速率为30 MW火源位于偏离横向中心位置一个车道宽度条件下的顶棚射流的烟气温度特征，分析了烟气在各阶段的温度分布以及沿横向和纵向扩散的规律。结果表明：在火源下游一定区域内，偏置火源火灾产生的烟气在沿隧道横向和纵向扩散温度分布均呈非对称形态；烟气继续沿纵向扩散一段距离后，逐渐出现和形成温度分层；偏置火源顶棚射流的温升趋势随时间呈二次多项式关系增长，远壁面烟气沉降高度和温度衰减幅值大于相应中心火源的试验值；与中心火源的相似，火源在下游30 m内的顶棚射流温升随纵向距离的增加符合指数衰减规律，但同时还受到偏置距离的影响；可使用量纲一的偏距与量纲一的纵向距离的函数关系式描述其分布规律。     

基于FDS的某公路隧道侧向集中排烟系统研究

利用FDS火灾动力学模拟软件对某公路隧道进行了模拟试验,研究了隧道侧向集中排烟系统中排烟口面积、排烟口排列方式、不同排烟风量以及纵向通风对烟气蔓延范围、烟气温度场分布、排烟口流量以及排烟口速度等对排烟效果的影响。结果表明,均匀排列方式的排烟效果优于按组排列的方式,排烟效率和排烟效能随着排烟风量的增加呈现出先增后减的趋势,因此,可得到较为合理的排烟口参数、排烟风量及较优的纵向风速,为采用侧向集中排烟系统的公路隧道在设计和研究排烟方案时提供一定的参考依据。     

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。     

公路隧道火灾工况通风排烟分析技术研究

在隧道设计及防灾救援应急预案编制阶段,必须对火灾工况下的通风排烟方案进行设计,其中包括火灾需风量、通风计算及通风设备控制方案编制等。本文介绍了火灾需风量与火灾规模和排烟模式的关系,介绍了两种需风量计算方法,即按临界风速计算和按大面积火源烟羽流模型计算。压力平衡分析就是分析通风阻力、洞口两端气压差、阻塞车辆通风阻力、火风压、射流升压力之间的平衡关系,以确定射流风机的开启台数。     

国内外公路隧道火灾排烟设计理念比较

目前,普遍采用的排烟模式有纵向排烟模式和集中排烟模式,其烟气控制原理与适用范围各不相同。国内外公路隧道火灾排烟设计理念差距较大,国内（除香港外）公路山岭隧道普遍采用纵向排烟模式,而欧美发达国家则更趋向于采用集中排烟模式。相比纵向排烟模式,集中排烟模式虽然会增加工程投资,但是其排烟效果和防灾能力具有明显优越性。     

扎尕梁特长公路隧道通风方案比选研究

为找到一种更加适合单洞双向行车特长公路隧道的通风方案,解决此类隧道排烟困难、人员疏散逃生困难的问题,结合具体工程,针对扎尕梁特长公路隧道的特点,提出合流型通风井排出式+射流风机纵向通风、平导压入式网络通风以及射流风机纵向通风+斜井分段排烟3种通风方案,从土建费用、机电设备初期投资、运营电费、通风控制、通风网络稳定性、通风方案的适用性以及管理维护几个方面对各个通风方案进行比选,通过比较各个方案的优点和缺点,最终给出推荐方案:射流风机纵向通风+斜井分段排烟方案。隧道正常运营工况下,主洞采用全射流纵向通风,实现按需通风;火灾工况下利用排烟斜井进行排烟,解决平导排烟只能分2段排烟的问题;利用平行导洞进行人员的疏散逃生和救援,解决人员疏散逃生问题。     

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.     

基于FDS的公路隧道火灾射流风机通风模式数值模拟研究

公路隧道内的纵向射流风机在火灾发生后的启动对控制烟气扩展起着十分重要的作用,通过FDS软件模拟了火源与射流风机之间的不同距离对烟气控制的影响和4种不同工况下射流风机通风模式对烟气扩散、下沉的影响;之后通过数值模拟所得数据得出不同工况下隧道内部的温度分布和能见度分布的情况.通过模拟结果和数值分析得出了射流风机在火灾发生时最有利于协助人员疏散和灭火作战的两种通风模式,为今后消防部门和隧道管理部门正确使用纵向射流风机进行通风提供一定的参考.     

2车道公路隧道射流风机空间布局优化的CFD分析

为解决2车道公路隧道射流风机的空间布局优化问题,依托明堂山隧道工程,采用以往公路隧道射流风机通风效果数值模拟研究中不同的边界条件,将隧道出入口边界条件均设为大气压强,并不预先给定隧道入口风速大小。对影响射流风机升压力大小的因素,如风机纵向间距、风机布置高度、风机横向间距展开讨论,得到： 风机应设在距建筑限界15～30 cm高度处;风机横向净距应设为1.5～2倍风机直径;风机纵向间距应设在150 m以上。明堂山隧道实际风机布置方式所采用的参数均在优化结果范围内,按隧道实际长度及设计射流风机台数建模,模拟结果表明风机在进行优化布局后,隧道通风效果能够达到设计要求。     

高海拔隧道纵向风速对人员疏散环境的影响研究

为解决高海拔隧道火灾通风及人员疏散的问题，采用数值模拟的方法设计低海拔隧道(0 m)和高海拔隧道(4 000 m)不同纵向风速条件下的对比试验。结果表明：1)较小风速(1 m/s)不会破坏烟气分层，反而会延缓烟气下降的速度，隧道上下游疏散环境比无纵向风(0 m/s)更好，可用疏散时间更长，较大风速(2 m/s、3 m/s)可保证火源上游处于安全的疏散环境，但会破坏烟气热分层稳定性，导致下游烟气下降快，不利于下游人员疏散；2)与低海拔地区隧道相比，高海拔地区隧道烟气层下降速度更快且烟气层高度更低，温度、能见度条件相对较差，高海拔隧道不同风速条件下各位置可用疏散时间整体小于低海拔隧道。     

基于CFD的高寒高海拔螺旋隧道射流风机安装位置优化分析

高寒高海拔螺旋隧道不同于普通直线隧道,曲线线型与低气压将直接影响射流风机的升压效果。本文以卧龙沟1号隧道通风工程为依托,采用FLUENT软件,进行不同射流风机安装横向净距,横向偏移工况的数值模拟,分析了不同工况下流场情况、风机轴心风速、风机升压能力。研究表明:在半径为720m的螺旋隧道中,两台No112型射流风机横向净距取1.7倍的风机直径,且向螺旋曲线内侧偏移约0.5m时具有最好的射流、升压能力;射流风机纵向间距宜为100m。研究成果可作为隧道运营通风设计的参考依据。