基于不同燃料下隧道火灾模型试验火源热释放速率研究

为得到不同燃料油池面积与热释放速率的数学关系式，针对国内外33起隧道火灾模型试验的火源种类、油池面积、热释放速率等数据进行系统分析，对比不同油池面积下不同火源燃料的热释放速率，以及不同醇类、烷烃和化石燃料的热释放速率，并进行小尺寸火灾试验，对90#汽油拟合的数学关系式进行验证。结果表明： 1）国内隧道火灾模型试验的火源中化石燃料约占56%，醇类燃料约占31%，国外隧道火灾模型试验的火源中烷烃和化石燃料各占29%； 2）油池面积越大，燃料燃烧速率、质量损失率及热释放速率越大，得到不同燃料的热释放速率和油池面积的线性关系计算公式及误差公式； 3）相同油池面积下燃料热释放速率由大到小依次为0#柴油、正庚烷、90#汽油、99%酒精、甲醇，油池面积越大，五者之间的差异越明显。     

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。     

长隧道火灾中沥青路面燃烧的热效应研究

采用热重分析试验与计算流体动力学模拟相结合的方法,对长隧道火灾过程中沥青路面燃烧的热效应进行了定量分析;提出以沥青自燃点作为界定沥青路面必然发生燃烧的临界温度,并通过试验分析了沥青的燃烧特性.研究表明:低于10 MW规模的隧道火灾基本不会引燃沥青路面;对于20 MW的隧道火灾,路面存在被引燃的可能;当火灾规模达50 MW时,沥青路面必然发生燃烧;沥青路面燃烧对隧道火灾的影响是有限的,其热释放率一般不超过火灾规模的2.3%.     

大跨桥梁油罐车燃烧火灾模型计算方法研究

桥梁上油罐车燃烧可分为油罐车火灾和燃油泄漏油池火灾2种,为了建立2种定量分析的火灾模型,基于火灾学原理,采用理论分析与FDS数值模拟相结合的方法,提出了考虑危化品种类、桥面风、油罐车尺寸等因素的油罐车火灾最大热释放速率定量计算方法;建立了燃烧油池最大直径、扩散时间以及直径扩大速度的求解方程,提出了可表征不同泄漏孔径下油池扩散、燃烧动态过程的数学模型,并通过前人的试验结果对模型的正确性进行了验证。通过对依托工程的分析,结果表明:油罐车火灾时,最大热释放速率与桥面风速正相关,但增长幅度逐渐减小,风速从4.96 m·s^-1增至10.84 m·s^-1时,最大热释放速率的变化范围为62.89~113.54 MW,随风速增加至10.84 m·s^-1,燃烧时间逐渐变短,缩短至原来的57%,火焰高度逐渐降低,趋近于9.5 m(含油罐车高度);火焰核心区域随风速增大而增大,且向下风向倾斜。泄漏油池燃烧时,泄漏孔径的变化对热释放速率和油池扩散时间影响较小;泄漏速率比接近于泄漏孔半径的平方比,油池最大直径比、扩大速度比与泄漏孔半径比相当,燃烧时间随泄漏孔半径的增大而减小,减小速度变缓;随着燃烧油池直径增大,火焰高度增加,火焰核心区域增大;当扩散至最大直径时,其火焰的水平影响区域比油罐车燃烧更广,但燃烧时间更短。     

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。     

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。     

隧道射流通风与防灾

隧道火灾危害主要来自于烟雾，而烟雾的扩散完全被隧道气流控制，依照这一关系提出了在不同性质的纵向气流作用下，火灾烟雾扩散的３种基本形态。根据火灾强度和发生位置等主要作用条件，分析和论证了火灾自然风的形成，特性和基本关系式，充分考虑了射流风机的调控优势和火灾特性，建立了以调控气流控制烟雾扩散浓度和扩散区域的基本原理和方法，大大改善和提高了隧道的防灾能力。     

道路用沥青燃烧特性的研究

基于沥青的易燃缺陷,引燃后,会在短时间内释放出大量的热、烟和毒气,并快速蔓延,隧道内一旦发生火灾逃生和救援将十分困难.针对隧道沥青混凝土路面火灾的危害,采用两种形式存在的沥青,结合对比样,通过试验和分析,明确了沥青材料的燃烧特性和燃烧机理,论证了沥青及沥青混凝土火灾过程的危害因素.研究证实,沥青材料在火灾过程中放热及发烟剧烈,放热量及发烟量大,释放的烟尘会造成可见度低;而以混合料形式存在的沥青虽然一定程度上难以燃烧,但其燃烧依然剧烈并伴有大量烟尘和热量.该研究可为沥青阻燃技术的研究提供参考,以便为火灾发生时的救援和逃生创造条件并争取时间,为降低火灾危害的研究提供理论依据.     

沥青燃烧特性的试验研究

由于沥青具有易燃缺陷,一旦引燃,会在短时间内释放出大量的热、烟和毒气,并快速蔓延,为逃生和救援带来困难。该文针对隧道沥青路面火灾的危害,研究两种形式存在的沥青,结合对比样,通过试验和分析,明确了沥青材料的燃烧特性,燃烧机理。论证了沥青及沥青混凝土火灾过程的危害因素。研究证实,沥青材料在火灾过程中放热及发烟剧烈,放热量及发烟量大,释放的烟尘会造成可见度低;而以混合料形式存在的沥青虽然一定程度上难以燃烧,但其燃烧依然剧烈并伴有大量烟尘和热量。该研究可为进一步研制无毒、抑烟以及低放热、低发烟速率的沥青阻燃材料,从而为火灾发生时的救援和逃生创造条件并争取时间,降低火灾损失提供理论依据,可改善和提高公路隧道沥青混凝土路面的运行安全。     

水平隧道火灾通风纵向控制风速的合理确定

针对2种等宽度、不等高度的水平隧道模型,借助CFD技术分析了环境温度、火灾热释放强度、断面形状对临界风速的影响。选择断面水力高度为特征尺寸,获得2种隧道模型对应的量纲一的临界风速随热释放强度的变化关系,且其与缩尺模型试验及全尺度试验结果相比均具有较好的一致性;并基于CFD模拟结果,分析了Kennedy公式的不足。结果表明,大型隧道火灾通风纵向控制风速的确定过程中应避免使用Kennedy公式计算临界风速。     

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。     

公路隧道火灾热冲击和二衬混凝土防火研究

文章通过对隧道货车火灾案例进行统计分析,除具有一般隧道火灾特征外,隧道货车火灾还具有温度较高、火势易蔓延、持续时间长的特点,总结得出货物总量、货物种类以及长大隧道交通量是影响货车火灾规模的关键因素。同时结合国内外现有关于货车的燃烧试验,确定出隧道货车火灾最高温度取值为1200℃,热冲击曲线的大致范围符合RABT曲线。并对货车火灾后衬砌损伤程度及预防技术进行归纳整理,以期为进一步研究隧道衬砌结构耐火性提供理论依据。     

基于应力释放的盾构隧道开挖地表沉降分析

以沈阳地铁1号线隧道为例，利用有限元方法研究盾构施工引起的横向地表沉降问题。引入地层损失和地应力释放的概念，分别在不同地层损失率、不同地应力释放率条件下，建立有限元模型进行计算。根据实际施工时监测到的地表沉降值与有限元模拟的地表沉降值进行比较，发现地表沉降值与地层损失率和地应力释放率成正比，〖ＪＰ＋１〗并通过最大地表沉降值的对比确定了该路段施工引起的地层损失率为1.747%，引起的地应力释放率为74.071%。利用同样的方法，确定了10座城市隧道开挖过程中引起的地层损失率区间为0.5%~2%、地应力释放率区间为60%~80%，并将地层损失率为1.747%和地应力释放率为74.071%时的衬砌混凝土管片处的最大弯矩与无地层损失、无地应力释放率模型管片处的最大弯矩值进行对比，可以发现最大弯矩值有明显的减小，分别减小了76.16%和71.82%。且2种方法得到的弯矩值非常接近，可以认为地层损失率模型和地应力释放率模型是等效的。     

长大铁路隧道防灾疏散救援体系现状综述及研究展望

阐述长大铁路隧道防灾疏散救援体系，其由土建结构设施、机电设备设施、监控系统、管理系统及疏散模式组成。根据一般地区和高海拔地区防灾疏散救援工程相关研究成果，分析火灾燃烧特性与致灾机制、土建结构设计与优化、机电设备设施优化、监控系统的开发以及应急疏散救援5个方面关键问题或技术的研究、实施现状与存在的问题，提出针对高海拔隧道火灾蔓延与热释放速率、土建参数优化、设备设施适用性检验与耐久性保持、监控系统应用于智能疏散等方面需要进一步开展研究。同时着眼于隧道发展，提出针对特长城市地下区间隧道、深埋地下车站与水下（海底）铁路隧道在上述5个方面亟需开展的研究工作。     

基于视频图像的公路隧道火灾烟雾检测

为有效检测公路隧道火灾烟雾并预警，针对公路隧道传统火灾烟雾探测器存在的反应慢和功能单一等问题，通过分析研究火灾烟雾视频图像的颜色和纹理特征，提出一种基于烟雾图像特征的公路隧道火灾烟雾检测方法。首先，通过改进后的Vibe算法模型提取图像运动区域；然后，在YUV色彩空间中确定疑似烟雾区域后利用颜色滤出方法分割出疑似烟雾区域；最后，用从疑似烟雾区域图像中提取的颜色矩和均匀局部二进制模式（ULBP）与灰度共生矩阵（GLCM）构成机器学习分类器的输入向量进行隧道火灾烟雾识别。为满足复杂的隧道环境，对比分析BP神经网络、支持向量机、随机森林3种机器学习分类器的烟雾识别效果，选出最优算法作为公路隧道烟雾识别分类器。通过模拟公路隧道火灾烟雾试验视频和某实际公路隧道火灾视频对分类器进行试验测试，结果表明： 基于BP神经网络算法的检测系统识别性能最优，选取的烟雾特征具有较高识别精度，能够在隧道复杂环境中识别火灾烟雾。     

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。     

新一代清洁柴油机SKYACTIV-D的燃烧控制技术

介绍了马自达公司在发动机燃烧技术研究中的创新点——模型控制概念。着重论述了建立状态量预测模型以进行燃烧室壁温预测模型控制,建立热释放系数模型以进行轻负荷预混燃烧的着火定时的模型控制以及中高负荷扩散燃烧的预燃模型控制。这类模型控制的实质是使用了基于物理现象的经验公式,以及根据实体发动机数据鉴定模型常数的前馈型,充分利用车载发动机控制装置的燃烧控制技术。清洁柴油机SKYACTIV-D利用这种燃烧控制技术有效改善了发动机的燃油经济性、排放特性及噪声品质。     

隧道火灾试验监测系统设计与开发

隧道防灾减灾关键技术研究中,火灾是研究重点之一。在隧道中进行火灾试验时,采集准确可靠的试验数据非常重要。介绍设计、开发的一套监测系统,其用于监测试验过程中的温度、风速、辐射、能见度、失重率及烟雾成分等参数,可为隧道火灾研究提供可靠、准确的数据支撑。     

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。     

某乘用车火灾全尺寸实验研究

对乘用车火灾开展研究对于乘用车防火设计、减少财产损失和人员伤亡、明确事故责任都具有重要的意义。文章通过全尺寸燃烧实验,得到热释放速率、温度、热流等参数,定性获取了燃烧过程并定量了产生的热危害。