掺氢天然气在综合管廊中泄漏扩散的数值研究

为研究掺氢天然气管道在管廊内泄漏后的扩散特性,采用CFD建立三维管廊内管道泄漏的数值模型,分析不同掺氢比下,掺氢天然气在管廊内的扩散特性。研究结果表明:掺氢比越大气体纵向扩散距离越大,射流区域左侧涡流的纵向长度越大,同时监测点报警时间也逐渐提前,且泄漏孔上方近顶棚处气体的射流速度随着掺氢比的增大而减小,但气体体积分数随着掺氢比的增大而增大。当掺氢比较高时,泄漏后流场的不稳定性增加且甲烷和氢气的分层现象更加明显。研究结果可为综合管廊内掺氢天然气的输运安全提供参考。

排烟口朝向与挡烟垂壁对地铁站台排烟效果的影响

为提高地铁站台的排烟效果,采用数值模拟方法,对地铁站不同排烟口朝向的机械排烟系统排烟效果进行分析,并进一步对比挡烟垂壁高度对排烟效果影响。研究结果表明:排烟口朝向不是影响烟气控制效果的主要因素,顶面排烟的排烟效果最佳,其总排热量是底面排烟的1.32倍,总排烟量是底面排烟的1.19倍;并通过分析3种排烟系统吸入烟气的方式和温度解释排烟效果产生差异的原因;增设挡烟垂壁可起到良好的控烟效果,当挡烟垂壁下沿高度分别降低至3.5,3.0,2.5 m时,顶面排烟,侧面排烟和底面排烟能够将烟气控制在起火防烟分区;挡烟垂壁与机械排烟系统具有协同作用,设置挡烟垂壁可以有效改善排烟效果,因此建议采用排烟管道顶面开口的排烟方式,并可通过设置一定高度的挡烟垂壁提高现有排烟系统的排烟效果。研究结果可为地铁站台排烟系统设计提供参考与借鉴。

直立式机械排烟临界排烟口高度

为改善地铁站台的排烟效果,提出了一种在排烟管道顶部上接风管的新型直立式机械排烟。通过数值模拟分析地铁站台火灾时采用直立式机械排烟的效果。结果表明:采用上接风管的直立式排烟相比于排烟管道顶面排烟具有明显优势,其排热量可增加14.51%;直立式排烟存在一个临界排烟口高度,当排烟口高度较低时无法排出顶棚下方的高温烟气,而当排烟口高度超过该临界高度后,受到顶棚的限制其排烟效果反而会下降;临界排烟口高度与排烟风速无关,但受排烟口边长的影响,且在临界高度时排烟口与顶棚间的距离近似等于排烟口边长的一半。

高海拔环境竖井长宽比对隧道竖井自然排烟性能的影响

通过FDS数值模拟软件,研究不同环境压强下竖井长宽比对隧道内烟气流动和竖井自然排烟性能的影响。研究考虑了竖井长宽比和环境压强,分析竖井附近的温度分布、流场分布、竖井排出烟气中各成分的量等参数。研究结果表明,在保持竖井横截面积不变的情况下,竖井长宽比的增加会使得排烟能力先下降后保持稳定;在竖井长宽比过小的情况下,竖井出口处会产生涡流,降低排烟能力;环境压强的增加,使得烟囱效应增强,排烟能力略微增强,同时会使吸穿现象更容易发生。因此,对于高海拔隧道中竖井自然排烟系统的设计,合理设置竖井长宽比有利于排出更多烟气,提高排烟能力。

纵向风作用下隧道火灾烟气分岔流动试验研究

采用小尺寸模型地铁隧道火灾试验,研究不同纵向风速和不同火源功率下隧道内的烟气层形态特征、烟气温度分布,验证隧道火灾烟气分岔流动机理,分析分岔流动临界风速和临界Richardson数的变化规律;采用数值模拟方法验证分岔流动临界风速和临界Richardson数的变化规律。结果表明:随着纵向风速的增大,羽流撞击区上游的烟气回流逐渐减少,烟气层产生向上的凹陷,当烟气回流完全消失时将发生烟气分岔流动现象;在较大纵向风速下,烟气分岔流动的发生将导致隧道中部烟气量减少,造成火源下游段隧道中心形成低温区;分岔流动无量纲临界风速随无量纲火源热释放速率1/3次方呈线性增长规律;烟气分岔流动临界Richardson数基本不受无量纲火源热释放速率变化的影响,可视为常数0.095。试验得到的烟气分岔流动临界风速和临界Richardson数变化规律与数值模拟结果吻合良好。

热释放速率设定方式的几点讨论

如何结合给定的火灾场景合理地设定热释放速率的变化规律是火灾危险分析中的一个关键问题。对现有的设定火灾热释放速率的方法进行了分析,在前人研究的基础上完善了分段平均方法和分段线性方法,并通过两个实例说明如何应用现有的方法来合理地设定出火灾热释放速率曲线,为今后火灾热释放速率曲线设定工作的发展提供了一条思路。

活塞风作用下地铁车站站厅火灾烟气流动特性的数值模拟研究

以开敞式地铁车站为例,将列车、隧道、站厅层和站台层均简化为长方体并建立车站三维模型;利用流体动力学软件Fluent,采用压力基求解器和SIMPLIC算法,研究活塞风作用下站厅火灾的烟气流动特性,并分析增设迂回风道和竖井对于削弱活塞风影响的效果。结果表明:站厅层空气流场结构在活塞风的作用下将会发生复杂的变化;站厅火灾发生后,在机械排烟、热浮力以及活塞风的共同作用下,站厅烟气分层现象遭到破坏;各楼梯口处气流速率变化剧烈,气流方向多次改变,并导致站厅层烟气被吸入站台层;增设迂回风道和竖井能够有效地削弱活塞风对起火站厅层烟气分层现象的破坏,延缓烟气侵入站台层的时间,减少侵入站台层的烟气量。

地铁火灾场景设计的初步研究

现阶段地铁火灾研究的主要工具是计算机模拟,而模拟计算结果准确与否很大程度上取决于火灾场景选取得是否恰当。本文通过对地铁站内的可燃物状况和已发生地铁火灾情况的仔细调查与分析,设定出了几种典型的地铁火灾场景,为地铁火灾模拟计算提供了依据。

火源横向位置对隧道火灾烟气分岔流动影响

当发生隧道火灾时,纵向通风方式常被用于人员疏散和排烟,而纵向风速较大时,烟气将发生分岔流动,导致烟气层整体性被破坏,对人员疏散造成威胁.火源横向位置对隧道火灾烟气流动有显著影响,通过数值模拟对不同火源横向位置时烟气分岔流动特性进行了研究.结果表明,随着火源向侧壁靠近,烟气由对称型分岔流动转变为不对称分岔流动.当火灾发生在侧壁附近时,烟气转变为"S"型流动.随着火源与侧壁间距的减小,分岔流动临界风速呈指数型增加.

FDS6对隧道火灾温度场模拟的适用性研究

采用火灾动力学软件FDS6对隧道火灾开展数值模拟,得到不同火源功率下羽流区温度分布和纵向风作用下羽流撞击区最高温度.将模拟结果与FDS5的模拟结果进行对比发现,采用了新的湍流燃烧模型后,FDS6模拟的火源高温区集中在火羽流底部,燃烧产生的热量有相当部分通过热辐射的形式向周围空气传递,并导致隧道顶棚下方羽流撞击区温度明显低于FDS5的模拟结果.对纵向风作用下羽流撞击区最高温度的模拟结果表明,FDS6的预测值明显低于Kurioka模型预测值和隧道火灾实验值.

某地铁站侧式站台火灾时机械排烟的补风研究

采用热烟试验方法在某地铁站侧式站台进行了机械排烟试验,发现由于站台内补风方式不合理,导致火灾时排烟风机不能有效地排出烟气。对此提出了改进意见,并采用场模拟软件FDS对站台排烟进行了数值模拟,结果显示对补风方式进行改进后能有效地提高排烟效果。

站厅两侧楼梯对火灾烟气流动影响的实验研究

当地铁站的站厅发生火灾时,连接地面与站厅的楼梯就成为了空气进入站厅和火灾烟气流向地面的唯一通道.在这些楼梯之间存在着对火灾烟气的竞争,竞争的结果是站厅一侧的楼梯成为烟气的出口,而另一侧的楼梯则成为空气的入口.为了了解这种烟气竞争现象的机理,首先分析了烟气在流动过程中受到的驱动力和阻力,然后研究了火源位置和楼梯截面尺寸对驱动力和阻力的影响,并在一1/8尺度的实验台上进行了实验验证.理论分析及实验研究结果表明,烟气竞争现象是浮力和空气流阻力共同作用的结果.该研究成果可为地铁站发生火灾时人员疏散应急预案提供科学依据.

中庭式建筑内回廊排烟方法有效性的研究

中庭式建筑各楼层均通过中庭相连,因此给建筑物内机械排烟设计造成了困难。近年来一些学者提出了回廊排烟的概念,但并没有进行深入的研究。本文采用二维线性羽流模型对回廊排烟过程进行了描述,从理论上分析了采用回廊排烟控制建筑内烟气蔓延的效果。并采用FDS对一实际中庭式建筑采用回廊排烟的效果进行了模拟,对理论分析进行了验证。还对回廊内蓄烟池的深度进行了讨论,提出将回廊蓄烟池深度设为1m左右是比较合适的。

含屏蔽门地铁站烟气控制系统有效性的热烟实验研究

在深圳地铁会展中心站和岗厦站进行全尺寸火灾实验,对含屏蔽门的站台机械排烟和正压送风挡烟的有效性进行检验。实验中使用0.7MW的甲醇池火,对站台内烟气温度分布和关键位置的风速进行测量。结果表明:当站台启动排烟后,站台两侧区域烟气逐渐沉降至地面,无法排出站台而形成排烟死角,在站台两侧增加补风口后排烟效果得到明显改善。站厅正压送风挡烟效果与站台的结构密切相关,对于不含中庭的站台,采用正压送风可以有效地防止烟气向上层蔓延;对于含有中庭的地铁站台,必须通过降低挡烟垂壁的高度才能将烟气控制在起火层内。

地铁车站发生火灾时施加水平细水雾幕抑制顶棚射流火焰的有效性

针对施加竖向细水雾幕的缺陷,对水雾喷头进行改进,使之产生水平向的细水雾幕。以某地铁车站为原型设计试验台,通过室内试验研究水平雾幕对地铁车站火灾的挡烟、隔热及顶棚射流火焰抑制、烟气沉降抑制的有效性。结果表明:施加水平雾幕具有较大的水平动量,雾通量在喷头前方呈均匀分布,而施加竖向雾幕其雾通量集中在喷头下方;施加水平雾幕对顶棚射流火焰具有显著抑制作用,火焰长度减小约40%,且火焰不能穿越雾幕;施加水平雾幕的隔热效率均比施加竖向雾幕高10%左右,且施加水平雾幕对烟气层的扰动更小,雾幕作用区烟气沉降幅度较小;施加水平雾幕后方有明显的烟气分层现象,且烟气最高温度、烟气出口速度均小于施加竖向雾幕。

纵向通风对隧道火灾特性及竖井自然排烟效果的影响

采用1∶10小尺寸隧道模型,研究了采用竖井自然排烟的隧道内,纵向通风对隧道内火焰形态、质量损失速率及竖井内温度分布和排烟速度的影响。结果表明:随着竖井高度和纵向风速的改变,在纵向通风和烟囱效应诱发气流的耦合作用下,隧道内火焰向下游倾斜,造成燃料质量损失速率发生变化,进而影响隧道内的烟气输运规律,并最终影响竖井排烟的温度分布和排烟速度。当排烟口下方的烟气层发生吸穿时,竖井内部出现低温区,此时隧道下部的冷空气直接通过竖井排出,大大减弱了竖井的排烟效果,在对烟气层吸穿现象进行分析的基础上,对Hinckley提出的临界吸穿Froude数进行了修正,得到了用于判断纵向通风条件下竖井自然排烟吸穿的临界Froude数为3.2,当Froude数介于3.2~5.1时,竖井排烟处于吸穿区,Froude数介于0.6~3.2时,处于未吸穿区,且Froude数随着竖井的升高而逐渐增大。

110 kV高压电缆着火过程数值模拟研究

为了研究综合管廊局部空间内电缆接头内热源作用下的着火过程,通过运用数值模拟软件FDS三维传热和热解模型对110 kV高压电缆接头着火过程建模分析。研究了内外热源对电缆着火过程的不同影响,分析了不同运行状态下的温度分布情况,对比了不同缆芯材料的热传导作用对电缆着火过程的影响。结果表明,正常运行和短时过载状态下,电缆的火灾危险性很小,但长期过载和接头故障则会大大提高电缆的火灾危险性;不同于外部火焰由外向内对电缆的直接点燃,内热源作用下电缆的引燃需要较长时间的升温过程和热传导过程;相同条件下,铝芯电缆在着火时间,HRR峰值及火灾发展速度方面都大于铜芯电缆;缆芯材料较强的热传导性能可以显著降低电缆内部热量聚集的速度,降低火灾发生的几率;提出了适用于内热源条件下的电缆燃烧驱动形式,即随着时间的推进,电缆燃烧过程从最初的内热源驱动阶段逐渐过渡到内热源与火焰共同驱动的阶段。

障碍物对隧道火灾中竖井自然排烟效果的影响

为研究障碍物对隧道火灾中竖井自然排烟效果的影响,利用数值模拟方法分析不同的纵向风速和隧道内障碍物所处的不同位置对隧道及竖井内温度场、流场结构的影响,并根据模拟结果计算竖井排出热量。结果表明:随着火源与障碍物纵向距离的改变,在近火源区域,竖井后方会发生吸穿现象;在中间区域,障碍物后方发生边界层分离,烟气层变厚;在近竖井区域,竖井和负压区的耦合作用使烟气层变薄;排出热量随着纵向风速的增大先增加后减少,临界风速为1.5 m/s。

基于层次分析法的某地区林业城镇棚户区消防风险评估

通过实地调研对某地区19个林业城镇的棚户区消防现状和存在的问题进行了评估。结合实测数据采用层次分析法对各城镇的棚户区火灾风险进行了评价,对风险指数进行等级划分,结果表明:此地区林业城镇棚户区60%处于高风险级,40%处于极高风险级。依据评价结果提出了减少火灾风险的建议和改进措施,降低城镇森林火灾发生的可能性。

地下车库排烟口朝向对排烟效果的影响

为了比较开口朝向不同的3种排烟系统的排烟效果,以地下车库的一个防烟分区为例,建立FDS物理模型,对3种排烟系统进行数值模拟。通过对比3种排烟系统的流场和温度分布以及排热量和排烟效率,分析3种排烟系统的特点及排烟效果的差别。结果表明:从流场和温度分布来看,3种排烟系统的流场分布存在较大差异,温度分布却很相似;从排烟效率和排热量来看,排烟口向上的机械排烟系统相对于开口向下的系统,排烟效率要高4%左右,排热量要高10%左右;从排烟口高度不同时的排热量变化情况来看,开口向下的排烟系统,排热量随着排烟口高度的升高明显增加,而开口向上的排烟系统,排热量随着排烟口高度的升高变化不明显。对于向上开口的排烟系统,排烟口高度在4.5 m以下时,随着排烟口向上高度的增加,排烟效率在逐渐增加,但是在排烟口高度超过4.5 m后,由于排烟口太接近顶棚,排烟受到顶棚的干扰,排烟效率反而降低。