新型深井立式车库通风设计优化

针对深井立式车库与普通车库相比存在无人员驾驶车辆进出、无污染物排放等特点,探究了新型的适用于深井立式车库的通风设计原则,以满足安全通风要求。首先提出了2种通风设计原则(常规车库CO释放量、深井立式车库非火灾事故检修通风)及判定标准;然后以某深井立式车库为原型,通过数值模拟分别确定了2种通风设计原则情况下的最佳通风换气次数,并探究了以常规车库CO释放量为设计原则情况下燃油车占比对换气次数的影响。结果表明:以常规车库CO释放量为原则通风,当深井立式车库内全部为燃油车时,车库最佳通风换气次数为3 h^(-1);当深井立式车库内满足通风换气次数为2、1、0 h^(-1)时,车库内燃油车占比分别为70%、50%、40%。以非火灾事故检修通风为原则通风时,深井立式车库内最佳通风换气次数为4 h^(-1)。

隧道单向大间距点式排烟设计方法研究

排烟口间距≤60 m、开启数量不少于3处的重点排烟模式已在隧道中广泛应用。针对其存在因间距小而排烟口数量多、漏风量大问题,提出了火源上游侧纵向通风+下游侧精准开启1处排烟口(含多个排烟阀)的新型单向大间距点式排烟模式。考虑参数间相互关联性,基于特殊消防设计思路,构建了单向大间距点式排烟模式有效性评估模型,并提出了优化设计方法。依托实际隧道工程,通过数值模拟对新型点式排烟模式进行了研究,探讨了不同排烟阀个数、纵向风速、排烟口间距及坡度对烟控效果的影响,结果表明:考虑隧道火灾最不利情况火源功率50 MW下,推荐纵向风速3.67 m/s、1处排烟口(含12个排烟阀)、排烟口间距300 m的通风排烟方案。并采用缩尺寸模型试验,验证了新型点式排烟设计的合理性。

坡度、疲劳和能见度对隧道火灾人员疏散速度耦合影响研究

为探究隧道火灾复杂环境对人员疏散速度的耦合影响规律,首先对坡度、人体疲劳及能见度3种因素开展疏散试验,获得各单因素对疏散速度的影响规律,并拟合出疏散速度变化公式;其次基于各单因素下速度变化公式,提出多因素耦合影响下隧道火灾人员疏散速度计算方法。研究结果表明:人员上坡疏散速度与坡度线性负相关,下坡疏散速度规律性较弱;长距离疏散时因疲劳导致速度逐渐衰减,在2 km疏散过程中速度衰减峰值达47%,疲劳导致的速度衰减比例与疏散距离线性正相关;能见度较高时其对疏散速度的影响效果不显著,能见度降低至10 m内后开始对疏散速度产生负面作用。研究结果可为隧道疏散设施设计、相关标准规范制定等提供参考,同时为传统疏散速度取值方法提供1个新思路。

特长跨海公路隧道竖井组协同风量与防排烟设计研究

青岛第二海底隧道首创性地在两管隧道排烟道上纵向间隔设置联络烟道,将南北线烟道联通,以提高通风效率。因此,亟须明确不同竖井组协同风量对联络烟道风量的影响规律,确定最佳的南北线风量配比和两线竖井风量配比。对比不同风量配比对联络烟道风速、利用率的影响,结果表明,南北线风量配比的变化对联络烟道风速的影响较小,但能一定程度上缓解南北两线隧道因两侧风量相同而相互抽吸导致的隧道中心位置风速过低的情况。两线的风量配比对联络烟道风速有较大影响,当两线竖井风量配比由5∶5逐渐变化到2∶8时,联络烟道中间排烟道平均风速由0.89 m/s提升到1.18 m/s,提升幅度约为32.58%,联络烟道利用率由41.18%提升到54.75%,推荐使用不均衡的两线竖井风量配比模式,两线竖井风量配比为2∶8时具有最高的联络烟道利用率。并采用缩尺寸模型试验,验证了该风量配比设计的合理性。

侧部双点排烟模式排热效率研究

为探究隧道火灾侧部排烟口排热效率的表达公式,采用理论分析推导出排热效率与火灾热释放速率、排烟风速、排烟口距地面高度、排烟口间距4个影响参数的量纲一关系式,通过FDS数值模拟研究不同因素影响下的烟流特征并对数据进行拟合,确定了排热效率与这4个影响参数的关系。结果表明,在侧部双点排烟模式下,排热效率随火灾热释放速率增大呈-0.33次方减小关系,与排烟口排烟风速呈0.23次方增长关系,与排烟口距地面高度呈1.25次方增长关系,与排烟口间距呈-0.57次方减小关系,最终通过线性拟合建立了考虑吸穿影响的侧部双点排烟模式下排烟口处排热效率的模型。研究结果可为隧道侧部排烟系统的设计提供参考。

锂离子电池燃烧过程可燃气体伴生行为研究

为研究锂离子电池热失控燃烧过程中产生的可燃气体伴生行为,将5种常用不同型号(10440、14500、18650、21700、32650)的锂离子电池作为实验对象,通过加热片引发电池单体热失控,分析了热失控过程电池的燃烧行为、气体组分及浓度含量,同时也考虑能量密度对可燃性气体含量的影响机制。研究结果表明:电池发生热失控后有四种燃烧行为,会产生CO、HCL、CO_(2)、NH_(3)等烟气,其中总释放量最高的是CO气体,不同火灾燃烧行为与产气浓度的关系与在热失控温度变化曲线在时间上具有相似性。烟气生成量与能量密度的增加呈线性增加的关系。

城市浅埋隧道自然排烟竖井临界间距研究

竖井间距会改变竖井内外压差,当竖井内外压差为0时,隧道火灾烟气将无法排出,此时竖井对应位置为竖井临界间距。由竖井内外口压差理论分析,给出竖井临界间距理论模型,再采用FDS模拟进行仿真验证。结果表明:设置竖井可明显降低隧道温度,竖井间距为临界间距时,温度下降幅度接近150℃,人员疏散路径温度低于60℃,竖井排烟效率在55%~80%,可有效进行竖井排烟;当竖井间距大于竖井临界间距时,隧道内烟气压强小于竖井出口处风压,竖井排烟效率低于50%。

热位差对隧道掌子面热空气蔓延特性影响研究

为解决深埋高铁隧道内热空气对作业人员造成的热害问题,根据能量守恒定律推导热空气在隧道内蔓延时其前锋温度随距离变化的理论模型,运用CFD软件模拟某深埋高铁隧道不同工况下沿程空气温度变化情况。研究结果表明:不通风时,热空气蔓延前锋的温度变化呈现2个明显阶段,即T>297 K时的下降极快阶段和T<297 K时的逐渐平稳阶段;及时通风能够快速降低隧道温度,推荐大小里程侧风管出口距掌子面均为45 m,通风风速分别取20,15 m/s。研究结果可为进一步优化高铁隧道通风降温方式提供参考。

基于区段的地下空间环路通风排烟设计方法

为实现多匝道、多地块、内部空间复杂的地下空间环路烟气控制,提出一种区段式排烟方法:将地下空间环路与地块通过防火门分隔,形成独立的构筑物,结合隧道结构,确定风机房位置,划分区段,使烟气在一定区域内排出。以滨江地下环路为例,在隧道主线上均匀布置6个排烟风机房,并以此为节点,将隧道划分为8个区段。当火灾发生时,开启所在区段两端的风机进行排烟。由于各区段不设置固定分隔,整个风道是贯通的,因而各个风机房里的风机可互相作为备用排烟风机,以降低成本。采用数值模拟软件建立模型,对排烟口开启数量和间距进行模拟,确定排烟量为90 m^(3)/s、排烟口间距为30 m、开启8个排烟口的排烟方案。从人员疏散环境以及排烟效率对典型区段进行分析,结果表明:烟气控制在一定的范围内,人员疏散环境安全,排烟效率达到90%,证明方案合理可行。

隧道防火门分流对端部临界送风风速的影响

在单洞双线轨道交通隧道发生火灾时,人员从火源上游防火门疏散,防火门的分流作用将影响端部送风风速。采用理论计算与数值模拟相结合的方法探究其影响关系,首先通过理论分析推导出了端部临界送风风速公式;随后,利用PyroSim软件建立了全尺寸模型,并针对不同数量防火门、火源热释放速率、隧道高度的分流情况进行了研究。结果表明:在相同火源热释放速率下,防火门的分流流速随着防火门开启数量的增多而减少;相同位置防火门的分流流速随火源热释放速率的增大呈指数增长的关系;防火门总分流量随防火门开启数量与热释放速率的0.3次方之积呈线性增长的关系,而受隧道高度的影响较小;结合理论推导,建立了端部临界送风风速的数学模型。研究结果为隧道火灾情况下的人员疏散和通风设计提供了科学依据。

我国公路隧道火灾社会风险可接受标准研究

为辅助隧道火灾风险管理及决策,提出隧道火灾社会风险可接受标准定义和制定原则;比较国外隧道风险相关标准,统计分析我国2000—2020年间隧道火灾死亡事故案例,开展社会公众隧道火灾风险认知调查;基于F/N曲线方法,建立适用于我国的隧道火灾社会风险可接受标准,明确事故频率和后果的可接受临界阈值。结果表明:公众对于隧道火灾事故风险现状持可容忍态度;我国隧道火灾死亡事故最大可接受频率设定为10^(-5)/(km·a),最大可容忍频率设定为10^(-4)/(km·a)。

高温后植筋牛腿力学性能有限元分析

为探究牛腿植筋和植筋胶高温后力学性能及牛腿结构稳定性,采用ABAQUS软件建立三面受火的隧道内烟道板植筋牛腿构件仿真模型,分析不同温度下植筋牛腿的应力和位移分布规律。结果显示:1)在经受1 200℃高温2 h后,距牛腿底面最近植筋的植筋胶温度超过耐火极限(120℃),导致熔毁,其余2根基本不受影响;2)植筋和牛腿位移微小,不超过9 mm,其力学性能随温度升高逐渐变为热应力和热膨胀主导,牛腿仍有71%的剩余承载力,而且牛腿的高温短时徐变影响可以忽略不计,故牛腿不会掉落。

波纹钢综合管廊火灾下结构力学特性研究

为了给波纹钢综合管廊的防火设计提供参考数据,研究了火灾下波纹钢综合管廊的损伤、变形的规律。基于FDS软件,建立了圆形波纹钢综合管廊电力舱的火灾动力学模型,模拟得到了在灭火系统失效的情况下圆形波纹钢综合管廊火灾时舱室内温度演化规律。结果表明:电缆发生火灾时火灾迅速向上蔓延,最高温度可达1000℃以上,火灾可持续20~25min。在此基础上,利用通用有限元软件ABAQUS建立了波纹钢综合管廊的温度应力耦合模型,输入FDS模拟得到的温度边界,并且综合考虑了温度对波纹钢的各种材料特性的影响,模拟得到了波纹钢综合管廊火灾下结构力学特性。结果表明:波纹钢在火灾下温度会迅速升高,弹性模量和强度随之降低;在火灾持续燃烧4~5min时,综合管廊电力舱的地面和中隔墙处的角部首先出现屈服;在7min左右,波纹钢的承载力开始显著降低,随后钢结构变形快速发展直至完全破坏,尤其是舱室的腰部产生的水平位移较大;伴随着衬砌结构的屈服破坏,管廊上方的路面也出现了较大的沉降位移。

我国消防工程专业学历教育前景和亟待解决的问题

随着社会对公共安全的重视,对消防工程人才提出了更高的要求,培养高素质消防工程专业人才已成为保障社会经济发展的重要课题之一。消防工程专业学历教育是培养专业消防人才的主要途径。笔者回顾了国内外消防工程专业学历教育的发展历程,分析其现状,展望了我国消防工程专业学历教育的发展前景,研讨和总结了目前我国消防工程专业学历教育中在培养目标、课程建设、实验建设、教材建设、招生就业等方面存在的问题,结合中南大学消防工程专业学历教育的实践,针对学历教育中存在问题,提出建设性的意见。

我国消防工程专业人才培养质量研究

从培养模式、课程体系两方面对我国14所开设消防工程本科专业院校的人才培养质量进行调查分析。结果表明:各院校的主要课程数量及其课程名称有较多差异;各院校对最低毕业学分要求相差不大,平均值为187.7学分,但学科基础课学分和专业基础课学分的比重、理论必修学分与选修学分的比例均有较大差别;实践教学环节与行业背景紧密结合,但不同院校设置数量差异大。提出相应对策建议,为提高消防工程专业人才培养质量提供参考。

铁路隧道火灾烟气逆流的计算模型

通过理论分析结合经验公式,构建铁路隧道火灾烟气逆流距离的计算模型。建立长为52.5 m、内径为1.1 m、缩尺寸(1:9)的实验模型隧道。设定了7个隧道坡度、4个纵向风速,用以模拟实际隧道火灾场景,获得不同坡度和不同通风情况下烟气逆流距离的变化。实验结果表明:隧道坡度及通风速度对烟气逆流距离具有明显影响。通过模型隧道火灾实验的测量结果与计算模型的预测结果的对比,验证了计算模型的有效性,可为铁路隧道防灾通风设计提供依据。

隧道集中排烟速率对排烟口下方烟气层吸穿现象的影响

以水平公路隧道为研究对象,运用FDS进行数值模拟,分析了集中排烟模式下对称开启的6个排烟口下方的烟气蔓延规律、烟气层温度和厚度分布规律。结果表明,当排烟速率增大到一定程度时,隧道集中排烟系统存在多个排烟口下方烟气层吸穿的现象,且离火源越远的排烟口越容易发生吸穿,而吸穿会降低整个排烟系统的排烟效率,可能导致排烟口烟气拥堵,易对疏散救援造成消极影响。通过定量描述烟气层厚度和温度与排烟速率之间的关系,获得排烟口下方吸穿的排烟速率范围。

集中排烟公路隧道临界排烟速率计算模型

为合理设计公路隧道排烟系统的排烟量,采用1∶20缩尺寸模型试验的方法,研究临界排烟速率对公路隧道集中排烟系统排烟效率的影响。首先,通过测量火源功率的6个数值、不同机械排烟量条件下排烟口下方烟气层温度、厚度,得到不同火源功率下发生吸穿时的临界排烟速率试验值;然后,将试验值与Heselden模型、TM 19-1995模型计算值进行对比,分析2种排烟模式下的临界排烟速率计算模型的差异性;最后,在TM 19-1995模型的基础上,引入火源功率修正系数,得到修正后随火源功率变化的集中排烟隧道临界排烟速率计算模型。结果表明:集中排烟公路隧道内发生吸穿时的临界排烟速率明显大于Heselden模型、TM 19-1995模型的计算值,且临界排烟速率值与火源功率线性相关。

Y型合流分岔隧道临界风速计算模型

临界风速是Y型合流分岔隧道能否有效抑制烟气侵入分岔支路的重要参数。为确定Y型合流分岔隧道临界风速计算公式,对影响Y型合流分岔隧道临界风速的相关因素进行量纲分析,推导出临界风速与火源热释放率、主分隧道高度比、连拱长度及隧道分岔夹角这4个因素的无量纲函数关系式。通过数值模拟得到临界风速最大的火源位置,并对上述4个影响因素进行了量化分析。结果表明:火源距分岔段隧道洞口15～25 m时临界风速最大;当无量纲火源热释放速率小于0. 3时,隧道临界风速与火源热释放率呈现1/3次方关系,当无量纲火源热释放速率大于0. 3时,隧道临界风速不再随火源热释放速率增加而增加;临界风速与分岔隧道高度比近似成-3/10次方关系,与分岔夹角成-3/40次方关系,而与连拱长度无关。进而得到分岔隧道临界风速的无量纲计算模型,且与数值模拟结果吻合良好。

地铁车站火灾人员疏散可靠度研究

研究地铁车站人员安全疏散可靠度,可为其安全疏散设施设置方案提供参考。运用FDS和Pathfinder软件,对某地铁站进行火灾模拟,得到人员可用安全疏散时间和必需安全疏散时间,通过SPSS软件对其进行正态分布检验,计算人员疏散可靠度。结果表明:地铁车站不同火灾类型中,站台列车火灾的人员疏散可靠度最低,开启通风排烟系统可大幅提高;站台和站厅公共区域火灾人员疏散可靠度较高,现有疏散设施可基本满足人员安全疏散需求。