隧道内不同间距双火源火灾试验及模拟研究

为了给隧道双火源事故中的人员疏散和应急救援提供参考,研究隧道内部双火源火灾条件下的燃烧行为和火场环境,搭建1∶10缩尺寸模型隧道,开展不同火源间距下的双火源油池火试验,研究燃烧速率、火焰形态和隧道内纵向温度分布;同时,采用PyroSim数值模拟的方法分析隧道内部双火源之间距底面高度0.1、0.15 m处的温度分布。试验结果表明：对于隧道内双火源火灾,燃烧速率受火源间距影响较大,当间距从2D(D为油盘边长)增加到8D时,燃烧速率从20.43 g·m^-2·s^-1下降至15.61 g·m^-2·s^-1,并逐渐接近单火源燃烧速率;燃烧过程中火焰相互倾斜,倾角会随着间距增加逐渐减小,由18.3°减小至13.7°。由于两火源之间相互限制,火源之间区域内的热量不断积聚,双火源间近顶板温度明显偏高;双火源外侧远端近顶板处纵向温度呈指数衰减规律,与单火源远端顶板温度分布规律保持一致,但温度衰减因子会随着双火源间距的增加逐渐变大。数值模拟结果表明：双火源之间温度分布呈现出凹形分布规律,随着距火源距离的增加,温度迅速下降,后逐渐保持稳定,但稳定区间内的温度仍然较高,会对人员造成伤害。双火源间距对火源之间的温度分布影响较大,随着间距增加,双火源之间的稳定温度逐渐下降,对人员疏散影响逐渐变小。双火源之间温度分布规律研究结果可为火灾初期被困人员的施救提供参考。     

火灾高温时隧道衬砌结构温度场的数值模拟

国内外发生的大量隧道火灾案例都显示了火灾对衬砌结构的严重损害以及衬砌结构耐火的重要性。依托青岛胶州湾隧道,详细介绍采用数值模拟对隧道衬砌结构火灾高温时的瞬态温度场的模拟过程,研究在火灾高温时温度沿隧道衬砌厚度的分布规律,给出一系列研究成果,对确定隧道衬砌的耐火性能、提高隧道衬砌的火灾安全性有重要意义。     

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。     

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。     

特长公路隧道火灾数值模拟

对于特长公路隧道,当火灾发生时,隧道内部的烟气扩散特征和诸多因素相关,如隧道纵坡、隧道横截面大小、火源功率大小、阻塞比、纵向通风风速等,不同因素对其烟气运动产生的影响各不相同,根据实际项目自身特点,确定其模拟仿真的数值参数,进行不同因素的影响分析对于分析隧道火灾特征有很重要的现实意义。结合米溪梁特长公路隧道设计参数文件确定PyroSim软件的隧道模型,分析了不同因素对隧道火灾临界风速、温度分布、烟气扩散的影响,发现火源功率越大所需的临界风速越大,当火源功率大于70MW时临界风速增长缓慢,当大于100MW时临界风速维持在4.3m/s不变。随着隧道负坡坡度的增加临界风速显著增大,随着隧道正坡坡度的增大临界风速逐渐减小。阻塞比对临界风速有一定影响。当阻塞比为0~20%时,随着阻塞比的增大临界风速显著下降,由3.2m/s降到2.6m/s;当阻塞比为20%~40%时,随着阻塞比的增大,临界风速缓慢下降由2.6m/s降为2.4m/s,当阻塞比大于40%时,对临界风速基本没有影响。火灾发生时,隧道纵向温度分布呈先升高后减小的变化趋势,火源附近的温度梯度也是先增大后减小,通风和纵坡条件下,温度最高断面逐步向下游移动,出现最高点温度漂移现象。在坡度绝对值小于1.0%时浮力效应不太明显,在坡度大于等于1.5%时随着坡度的增大隧道的浮力效应比较明显,"烟囱效应"形成。     

火灾模式下公路隧道竖井温度场分布试验研究

公路隧道发生火灾时,高温和热烟气对隧道威胁巨大,竖井的烟囱效应严重影响温度和烟气的扩散,目前对竖井内温度发展情况的研究甚少。为分析火灾发生后竖井内的烟流特性及温度场的分布规律,利用大比例模型试验,以秦岭终南山公路隧道为研究对象,考察了不同火源点位置、通风工况、火灾规模情况下竖井内温度场的分布规律,对分析其它长大公路隧道火灾时竖井内温度场的分布也有一定的借鉴意义。     

隧道火灾烟气流动的数值模拟

分析了隧道火灾的特点,运用场模拟的方法,利用商业CFD软件PHOENICS 3.5对一工程实例进行了数值模拟,研究了不同纵向通风速度下,该公路隧道火灾烟气的浓度场、温度场等的蔓延规律,为研究烟气的流动情况和制定疏散方案提供重要参考依据,并提出了控制火灾、满足火灾救援和人员疏散的有效措施     

隧道火灾烟气流动的数值模拟

分析了隧道火灾的特点，运用场模拟的方法，利用商业CFD软件PHOENICS3．5对一工程实例进行了数值模拟，研究了不同纵向通风速度下，该公路隧道火灾烟气的浓度场、温度场等的蔓延规律，为研究烟气的流动情况和制定疏散方案提供重要参考依据，并提出了控制火灾、满足火灾救援和人员疏散的有效措施     

不同制动过程制动盘瞬态温度场数值模拟分析

为了准确预测制动系统在实际工况下的温度场分布,综合考虑与压力有关的摩擦系数、与温度有关的材料热物理特性、随时间呈指数增长的接触压力及制动速度之间的相互耦合作用,采用有限元法对单次制动过程中盘式制动器的热特性进行了研究,得到了不同接触压力下制动时间、制动距离及瞬态温度场的变化规律。结果表明,制动过程中制动盘温度先上升后下降,接触压力越小,制动时间和制动距离越长,温升越小;制动盘的温度呈现锯齿形的波动,波动的幅值先增大后减小。研究结果为制动性能的准确预测提供了理论基础,具有一定的工程应用价值。     

苍岭隧道火灾通风方案数值模拟研究

公路隧道防火救灾技术一直是隧道工程界所关注的焦点.该文针对目前国内公路隧道通风计算大多依靠手工计算的现状,编制了公路隧道网络通风解算程序.结合苍岭隧道通风设计资料,提出了苍岭隧道火灾工况的通风方案,并进行了数值模拟分析.     

隧道不同级别围岩监测与数值模拟分析

依托谷城至竹溪高速公路小漩隧道,针对不同围岩段的特点,对隧道地表沉降、洞内收敛变形及拱顶下沉等项目进行了现场监测与分析,研究不同级别围岩变形时程曲线和纵向分布曲线的基本规律。并利用有限元分析软件ABAQUS模拟不同围岩级别隧道开挖过程,将数值模拟结果与现场监测数据结合,分析围岩级别对隧道围岩稳定性的影响。结果表明： 围岩级别越高,隧道开挖过程中地表下沉和洞内变形越大,变形稳定的时间也越长。     

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。     

季节性寒区隧道温度场规律数值分析

为研究季节性寒区隧道围岩温度场的变化规律,以吉林图珲高速东南里隧道为依托,通过ANSYS建立数值模型,分析了深埋和浅埋条件下围岩的温度随保温层厚度的变化规律。结果表明,相同时刻沿衬砌表面从拱脚到拱顶路径的温度值不断减小,在拱顶位置处达到最小值;隧道衬砌及背侧一定深度内围岩各点的温度时程曲线呈正(余)弦函数变化,并且随着距衬砌表面距离的增大,围岩温度时程曲线呈现出的正(余)弦波动趋势越不规则,振动幅度也逐渐减小;保温层安装位置对围岩温度场的影响较小,而围岩最低温度的变化则主要集中于前5年内。在隧道防抗冻设计中,保温层厚度不能一味增大,应根据现场的岩体和温度选取经济有效的保温方法。     

TBM在隧道不同围岩条件下的有限元数值模拟分析

利用ANSYS有限元分析软件,对用TBM法施工隧道的过程进行数值模拟分析。结合隧道的工程地质情况,通过分析其应力应变的状态,提出了ANASYS模拟TBM在不同围岩条件下开挖隧道时围岩应力变化的可行性,得出了TBM隧道在不同围岩条件下的一些基本特征。     

隧道管片生产阶段防裂措施及温度场数值模拟

防水是地下结构的关键问题,而隧道管片是地下防水的最后一道防线,必须在生产阶段进行防裂。对某地铁隧道衬砌管片生产养护过程中出现的裂缝进行分析,提出解决方案,在现场对衬砌管片的标准块做防裂试验,用有限元方法模拟试验瞬态温度场,与实测的部分点的温度进行对比,效果吻合较好,说明用一定温度的水对高温管片进行内外温差控制可以控制裂缝的产生,不仅为建立准确的温控提供数值保障,也为后续的温度场与结构裂缝分析的耦合计算奠定基础。     

鼓式制动器温度场的数值模拟分析

制动鼓的热力学领域的分析对于汽车的制动效能和安全性非常重要。并且它也是制动器设计过程中一个重要的参考。     

薄壁空心高墩日照温度场试验及数值模拟

为研究薄壁空心高墩的日照温度场分布规律及最不利正温差分布模式,以石门特大桥施工监测为基础,运用ANSYS软件建立高墩截面二维温度场有限元模型进行数值模拟,与现场实测数据对比分析,采用最小二乘法拟合出高墩径向最不利正温差分布模式。研究表明:高墩东侧、南侧、北侧、西侧内外表面日照最大正温差出现时刻分别为12:00、15:00、16:00、17:00;石门特大桥空心薄壁高墩截面南侧的径向正温差分布模式为T_x=19.0e~(-7.8x);合理选取混凝土结构温度场边界条件计算公式,运用ANSYS进行仿真分析具有较高精度。     

隧道施工不同台阶长度开挖数值模拟对比分析

针对某隧道工程,采用FLAC 3D模拟台阶法施工,并分别对超短台阶、短台阶和长台阶进行模拟对比分析,分析了3种工况下隧道开挖引起的拱顶沉降和地表沉降异同。得到以下结论:采用超短台阶法能有效减小隧道顶部的沉降,相对于短台阶法和长台阶法,采用超短台阶法时的拱顶沉降分别减小了10. 8%和15. 2%。上台阶开挖过程中沉降量大于沉降总量的一半,且随着台阶长度的增大,上台阶开挖引起的沉降比例逐渐增大,这与上下台阶距离较近且二者施工相互影响较大有关。隧道正上方地表沉降值最大,地表沉降曲线沿隧道中心左右两侧近似对称分布。相对于短台阶和长台阶,采用超短台阶可以有效降低地表沉降11. 5%和14. 6%。合理的减小台阶开挖长度,能有效减小隧道开挖引起的地表沉降。     

东西高速公路隧道火灾逃生模拟分析

隧道内发生火灾是不可避免的,该文利用FDS(Fire Dynamics Simulator)软件,模拟了隧道内发生火灾时洞内温度、能见度、热辐射强度以及随时间蔓延、扩散的情况,为火灾逃生分析提供了理论依据,并提出了减少火灾灾害的措施.