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。     

超大跨度水下隧道侧部集中排烟适用性研究

以超大跨度水下隧道为研究对象,基于FDS火灾数值模拟方法,构建矩形水下隧道侧部集中排烟计算模型,通过对不同火灾工况下隧道内烟气分布及排烟效率特性进行研究,得到侧部集中排烟在不同宽度隧道内的适用性。研究结果表明:随着隧道宽度增加,隧道横断面风速衰减明显,侧部集中排烟效率降低,对于单向4车道以上宽度的超大跨矩形隧道,火灾时侧部集中排烟适用性较差,且不利于人员疏散。     

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。     

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。     

沉管隧道单组排烟口合理开启角度研究

研究沉管隧道侧向集中排烟模式下排烟口的开启策略。采用数值模拟和物理试验2种手段,在保证流量均匀的前提下,通过调整各排烟口的有效过风面积,得出沉管隧道侧向排烟时不同排烟口开启组合工况下各排烟口的合理开启角度,为沉管隧道火灾工况下通风排烟策略的制定提供基础性数据。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

侧向排烟城市道路隧道的水幕阻烟隔热性能研究

为探究侧向排烟城市道路隧道的水幕阻烟隔热作用,并为隧道的水幕设计和消防疏散提供参考,使用FDS软件对水幕模型进行数值模拟计算。在8 MW的火灾规模下,研究隧道顶部2个喷头和4个喷头2种布置方式,0.08、0.1、0.25、0.4 MPa 4种水喷头工作压力、侧向排烟量大小、排烟口间距和数量等主要因素对隧道水幕阻烟隔热性能的影响,分析比较烟气扩散范围、温度及能见度的变化规律,评估隧道疏散救援环境。结果表明： 水幕系统能抑制隧道内烟气的扩散,阻止隧道温度过快上涨,并能改善隧道内的能见度; 水幕系统在排烟量增加、排烟口间距减小、排烟口数量增加的情况下,阻烟隔热性能更明显; 水幕系统对隧道内能见度的改善作用只维持于火灾发生的前中期,后期效果将减弱,因此消防救援工作应在火灾发生的前中期开展。     

地铁出入口排烟方案分析

为研究地铁车站出入口排烟的合理方案,通过大量工程实例,根据机房位置的不同将地铁出入口排烟设计方案分为5类,从气流组织、土建影响、排烟效果等方面对在车站大系统机房设置排烟风机、在地下通道旁边设置排烟机房、结合出入口设置地面排烟机房、出入口通道顶部设置土建夹层作为排烟机房、在地面出入口屋顶设置排烟风机等5类方案的优缺点进行分析,并对高度超过10 m的多级提升出入口防烟方案进行设计,得出不同情况下建议采取的最佳排烟方案,以期为地铁车站出入口排烟方案的设计提供参考。     

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。