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。     

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。     

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。     

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。     

非直线型公路隧道火灾烟气迁移特性的数值模拟

针对以往的火灾试验和数值模拟研究大多是在直线型隧道中进行的这一特点,以一非直线型公路隧道为研究对象,在全尺寸试验的基础上,针对不同的火源位置和火灾应急通风方案,对于火源功率为30 MW火灾的烟气运动与控制规律进行了数值模拟.结果表明:不同应急通风方案的烟气控制性能有很大差异;纵向风速对烟气迁移具有显著的影响;纵向风速增...     

纵向通风下不同坡形隧道火灾烟气温度分布特性研究

为了解决不同纵向坡形隧道发生火灾时的烟流控制问题,以宝兰客运专线渭河隧道V形坡火灾通风为例,采用三维数值模拟方法,对不同坡形下烟气温度的分布特性进行研究。通过对V形坡、单面坡和人字坡等不同坡形隧道在不同纵向通风速度下的火灾工况模拟,对比分析隧道拱顶、一人高和3.0 m高处的温度分布特征。结果表明： 在火灾发生初期,当无纵向通风时,在变坡点火源车厢附近人字坡的温度最高,但随着离火源点距离的增大,V形坡的温度逐渐达到最大;当有纵向通风时,V形坡下游沿程的温度最高,且随风速增大,温度最高区域的分布范围逐渐扩大,而单面坡和人字坡的温度变化曲线基本一致,并在离火源点较远的下游区域趋于定值;在本研究范围内的坡形、坡度条件下,当纵向通风风速达到2 m/s 时,烟控效果最好。     

无纵向风下环境压强对拱顶最高温度影响数值研究

为了给高海拔隧道火灾防灾救援设计提供参考依据，通过火灾动态模拟软件(FDS)建立全尺寸模型隧道，设置5种不同环境压强，研究环境压强对隧道火灾拱顶最高温度的影响。结果表明： 1)相同火源热释放速率(HRR)下，拱顶最高温度随着压强降低而增大； 2)环境压强降低引起的空气密度与卷吸强度变化是造成拱顶最高温度变化的主要原因。基于理论分析和数值计算结果，提出考虑环境压强的拱顶最高温度预测模型。预测模型拱顶最高温度与考虑环境压强的无量纲热释放速率的2/3次幂成正比，试验数据验证了预测模型的可靠性。     

基于多尺度方法的道路隧道温度场特征研究

隧道火灾往往会造成严重后果。为实现快速准确的火灾报警,以大连路隧道、青浦隧道、白茫雪山隧道正常运营及火灾试验工况下采集的大量正常运营工况温度数据和火灾工况温度数据为对象,使用多尺度分析方法,研究道路隧道火灾工况和正常运营工况不同尺寸下的温度场特征。结合隧道光纤光栅温度系统采集的数据,对隧道火源及其邻域的温度、温度梯度和温度二阶导数进行大量统计描述分析; 同时对火灾时隧道内温度场的波动特征进行论述。通过分析,得出隧道火灾时的温度场具有强烈波动特征,建议使用单位时间内温度的标准差、离散系数来表征隧道温度的波动程度;使用单位时间内温度一阶导数的标准差、离散系数（均值大于0.1）来表征温升的波动程度,并给出常规工况下单位内时间温度标准差的建议取值。最后,通过识别火源点及其邻域的温度波动特征可判断火灾是否发生。     

郑万高铁隧道口紧急救援站防灾通风方案及参数敏感性研究

为确定隧道口紧急救援站火灾工况下射流风机的最优布置方案,明确各参数对防灾通风设计方案的影响,依托郑万高铁隧道口紧急救援站工程,对火灾工况下风机的布置方案及影响因素进行研究。采用网络通风算法,研究将风机布置于正洞进口段、正洞进口段和平导进口段、正洞进口段和横通道内3种方案的优劣,以及隧道内自然风、火源位置、火灾规模及隧道纵坡等因素对正洞内及防护门处风速的影响程度及规律。研究结果表明： 1）对于隧道口紧急救援站,将风机同时布置于正洞进口段和平导进口段时需要的风机数量最少。2）隧道内自然风对隧道正洞进口段的风速影响最大,而火源位置的影响程度相对较小,火灾规模及隧道纵坡的影响规律相同;相比于隧道正洞,各因素对隧道防护门处的风速影响相对较小。3）同时考虑火灾规模、隧道纵坡、火源位置及隧道内自然风等因素时,满足防灾通风要求的风机总功率为不考虑上述因素时的2.5倍;火灾工况下,开启风机的总功率为不考虑上述因素时的3.0倍。     

竖井型大长城市隧道火灾通风的数值模拟研究

随着城市建设发展,竖井型隧道越来越多地应用于城市交通隧道中。本文采用稳态与非稳态方法对火灾工况下竖井型隧道的气流场进行了数值模拟,分析了竖井型自然通风口对高温烟气扩散的影响。研究认为,竖井自然通风口引入隧道外冷空气,显著降低火源端部温度,可在一定程度上减少高温烟气对火源处隧道顶板的破坏。通过竖井引入新风,显著降低火源附近的有毒气体浓度,改善了火灾救援条件。火灾产生的有毒烟气由隧道洞口集中排放转变为竖井自然通风口分散排放,这对制定火灾救援、人员疏散方案有重要的指导作用。     

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。     

公路隧道火灾探测系统响应特性的全尺寸实验研究

在云南省长1852m的鹰嘴岩1号隧道内开展了全尺寸模拟火灾实验,在三种不同火源功率和0．5、1．5、3m／s三种纵向风速条件下,测试了光纤火灾探测系统、传统线型差定温感温火灾探测系统及红外火焰探测系统的响应性能,测量了隧道拱顶处最高温度以及温升速率的量化全尺寸数据;最后对感温型隧道火灾探测系统阈值的设置进行了讨论。     

设疏散平行导洞时超高海拔隧道的临界长度

为了研究基于避灾疏散需求而设置平行导洞的隧道的临界长度,利用FDS软件,在单个火源未发生蔓延,人群逃生速度不发生变化和洞内风速为火灾工况控制风速2.5m·s~(-1)的假定条件下,模拟超高海拔隧道火灾发展过程,分析火灾温度、烟雾扩散速度与隧道内人员逃生速度的关系,从防灾救援的角度提出:当人员逃生距离达约600m时易发生危险,从而得到超高海拔单洞双向交通隧道设置避灾疏散平导时,其临界长度为1 200m。     

寒潮作用对混凝土T梁的影响

T形梁桥腹板裂缝是该类桥梁的典型病害,其中温度荷载作用是混凝土开裂的重要因素之一。气温骤降对混凝土结构受力状态有显著的影响。本文通过大型有限元分析软件ADINA建立热-结构有限元分析模型,考虑不同降温速率、不同环境风速、不同降温量因素,对T梁温度场及应力分布的影响。研究表明,降温速率及环境风速对结构影响较小,环境降温量对结构影响较大;由环境气温降低,使T梁跨中区域腹板产生相当的拉应力,增大了T梁腹板竖向开裂的风险。     

公路隧道火灾烟气沿程温度分布的合理确定

掌握火灾工况下隧道内烟气的温度分布规律,有利于制定有效的人员逃生方案并对隧道衬砌结构实施科学保护。基于火灾烟气流动特性分析,并根据能量守恒原理,从理论分析的角度分别得到烟气扩散区和火源区的烟气温度分布结果。结果表明,扩散区和火源区的烟气温度分布都受到烟气流速、隧道壁面温度、对流和辐射换热系数的影响;此外火源热释放率和烟气发生量也是影响火源区烟气温度分布的重要因素。     

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。     

基于图像处理的大跨隧道火灾定位技术试验研究

在分析公路隧道目前常用火灾自动报警系统定位技术的基础上,提出了基于单摄像头视频图像处理的火灾探测及定位技术,并在全尺寸试验隧道内开展了验证。试验结果表明:1)图像型隧道火灾探测器能够快速准确地发现火灾并发出报警,报警时间在10 s以内;2)火灾图像处理技术可实现火源位置定位,当探测距离不超过100 m时,隧道内环境风速对火源定位精度影响不大,定位误差可控制在±1 m以内;3)当探测距离超过100 m时,隧道内环境风速对火灾定位精度存在一定影响,定位误差可能会大于1 m。     

碳氢火灾下钢-混组合梁破坏试验研究

为研究钢-混组合梁(钢结构桥梁)遭遇碳氢火灾时的耐火性能与抗火设计方法,设计制作了3榀大比例钢-混组合缩尺试验梁,包括简支体系箱形截面梁、连续体系箱形截面和双肋工字形钢截面梁。开展了碳氢火灾下(前期燃油急速升温和后期天然气维持高温)简支梁跨中受火和连续梁单跨局部受火试验,获悉了截面温度场、受火跨和非受火跨挠度变化路径、裂缝发展模式、钢板屈曲特征和破坏模式。分析得到了组合梁在碳氢火灾下的耐火极限,深入揭示了组合梁截面类型和结构体系对组合梁耐火性能的影响机理。试验结果表明:混凝土具有显著的热沉效应,火灾下钢梁的升温速率远快于混凝土板,停火后钢梁温度迅速降低而混凝土板温度持续升高,混凝土板上层的温度在停火48 min后仍然呈走高趋势;碳氢火灾下简支体系钢-混组合梁的挠度从初期就表现出快速增大的趋势,最终因挠度过大而失效;连续体系钢-混组合梁受火跨的挠度在初期增长较为缓慢,最终由于墩顶负弯矩区和跨中正弯矩区均出现塑性铰,梁转为机构体系,使得跨中挠度快速增大而破坏;连续体系钢-混组合梁非受火跨由于变形协调性先上拱,随后由于受火跨刚度衰退转向下挠;闭口截面箱梁仅外表面受火,其耐火性能显著优于双肋工字形钢截面梁,在相似荷载水平下其耐火极限分别为48 min和42 min;连续体系钢-混组合梁由于多余约束的存在,从受火开始就发生剧烈的内力重分布和变形协调,相较于简支梁,其耐火极限可提高100%;高温下连续体系钢-混组合梁出现的塑性铰与常温下的不同,是一种刚度逐渐降低的时变塑性铰。研究成果可为钢结构桥梁的耐火试验方法提供指导依据,也可为其抗火设计方法奠定理论基础。     

低压细水雾在公路隧道火灾防控中的试验研究

为验证“低压细水雾灭火系统”对隧道初期火灾发展和传播的抑制效果,在云南省昭会高速公路邱家垭口隧道内开展低压细水雾灭火系统实体火灾试验。通过隧道内有关温度场和烟气场的测量,对低压细水雾灭火系统在隧道火灾中抑制和扑灭火灾、降低火场温度以及净化火源附近空气的能力进行研究。试验结果表明：在隧道风速不大于3 m/s的情况下,低压细水雾灭火系统开启后,火焰得到控制,火源附近的温度迅速降低,CO体积分数达到峰值后快速下降,O2体积分数在试验过程中始终保持在21%左右,能够确保公路隧道的消防安全和人员逃生安全。     

公路隧道火灾衬砌结构温度分布现场试验研究

为了掌握实际公路隧道火灾对衬砌结构内部温度分布的影响,对某一公路隧道人行横通道进行了现场火灾试验研究,并详细介绍了本次隧道火灾试验及火源的设计方法。试验得到了火灾工况下隧道内空气温度的分布结果,揭示了衬砌和围岩内部的温度变化规律,为下一步研究火灾对公路隧道衬砌损伤特性提供了基础数据。