地下立交互通匝道集中排烟效果研究

针对两端连接主隧道的互通匝道火灾烟气控制问题,依托南京建宁西路曲线A匝道工程,借助数值模拟软件FDS,研究HRR为30 MW下纵向诱导风速、排烟口尺寸及火源位置对顶部集中排烟效果的影响。结果表明:火源位于匝道中部,诱导风速为1.0 m/s时恰好保证烟气不发生“跨区蔓延”,诱导风速为1.5 m/s、排烟量为150 m^(3)/s时,控烟效果更好;匝道内烟气蔓延范围随排烟口尺寸增大而减小,当排烟口长宽比为4、面积为6 m^(2)时,匝道内烟气控制效果较好,系统整体排烟效率大于98%;排烟口长宽比不变时,拱顶最高温度随排烟口面积增大而降低;排烟口面积不变时,拱顶最高温度随排烟口长宽比增大而升高。火源位于匝道上游或下游时,排烟风量至少需增大至210 m^(3)/s,诱导风速需作针对性优化。

附加挡板集中排烟模式优化研究

为改善公路隧道集中排烟时产生的吸穿现象,优化传统顶部集中排烟模式,采用火灾动力学模拟工具(Fire Dynamics Simulator,FDS)建立全尺寸模型对附加排烟挡板的不同火源功率及排烟口尺寸隧道集中排烟模式进行探讨,对排烟口区域流场、温度场以及CO体积流量进行分析。结果显示:附加水平挡板能有效改善吸穿现象,挡板与排烟口尺寸比k达到1.5后能够起到较好的排烟效果;此时继续增加挡板尺寸对系统排烟能力提升有限,挡板在距排烟口0.3 m时,系统排烟能力最佳;此时发生完全吸穿现象的临界弗罗德数Fr=2.3,大于前人给出完全吸穿Fr=1.8的判据。

Optimization of smoke exhaust efficiency under a lateral central exhaust ventilation mode in an extra-wide immersed tunnel

This study focused on increasing the efficiency of the smoke exhaust system of an extra-wide(eight-lane,dual-directional)immersed tunnel with a specific quantity of exhaust.The Shenzhen-Zhongshan immersed tunnel was selected as the application example.A numerical simulation based on fire dynamics simulator was conducted.In the model,the concrete structure of the main body of the immersed tubes was not altered.The adoption of supplementary exhaust ducts increased the efficiency from 73%to 98%under the condition of no longitudinal wind.When a 50-MW fire occurred between two adjacent ducts,with a longitudinal wind velocity of 2 m/s,the efficiency reached 88%or more when the two ducts were opened.Furthermore,a safety evacuation path was developed.The results suggest that the addition of supplementary exhaust ducts combined with a rational longitudinal wind velocity is necessary for an extra-wide immersed tunnel.

盾构隧道顶部集中排烟模式烟气层化高度和范围研究

特长或超长盾构隧道中普遍应用顶部集中排烟模式。为了揭示隧道火灾顶部集中排烟模式烟气层化高度和范围,经过全尺寸隧道现场热烟测试发现,集中排烟模式下烟气可以形成稳定分层且被控制在一定范围内。通过数值模拟方法研究了不同热释放速率、排烟量、排烟阀数量和间距情况下烟气层化高度和范围。研究结果表明:1)针对热释放速率为5~50 MW,不同热释放速率工况下排烟系统均能将烟气层化范围控制在一定距离内。随着热释放速率增加,烟气层化范围增大。排烟阀开启范围之内,热释放速率增大,烟气层化高度差距较小。排烟阀开启范围之外,热释放速率越大,烟气层化高度越低。2)针对热释放速率为50 MW,排烟量为120~260 m^(3)/s,不同排烟量工况,排烟阀开启范围内烟气层化高度变化小,开启范围之外烟气层化高度变化大。烟气层化范围随着排烟量增大而变小,可有效控制烟气分布区域。因此建议工程设计、运营过程中可在允许范围内提高排烟量。3)针对排烟阀间距为40~140 m,排烟阀数量为4~8个,增大排烟阀间距和增加排烟阀数量,会导致烟气层化高度降低,烟气层化范围增加,排烟阀数量对烟气层化高度和范围影响较大。

公路隧道集中排烟系统非火灾时风压分布现场测试研究

为得到集中排烟模式下排烟道内压力分布与沿程阻力,以梅子洲长江隧道为研究对象,对排烟道内风速与静压进行现场测试,分析排烟道内的沿程阻力。结果显示:1)风流进入排烟道后形成负压,其大小逐渐下降,并在排烟道末端达到绝对值最大;2)两端风机匹配的风压、风量与两端排烟道管线长度有关,当开启的排烟阀靠近风机时,风机匹配到的风压较小;3)不同排烟阀开启方式下排烟道内沿程阻力系数为0.01~0.03,平均值为0.018。研究结果表明,在工程中选取风机时要综合考虑管线长度,管线长度的最不利工况为开启的排烟阀位于某一端工作井时,最不利管线长度为两端工作井之间的距离。在施工时提高排烟道两端的排烟阀质量,改善排烟阀漏风情况,可有效降低排烟道两端的沿程阻力。

隧道火灾集中排烟系统排热效率预测方法

为探究排热效率对火灾时隧道排烟系统排烟性能的影响,提出一种火灾情况下隧道集中排烟系统排热效率理论预测方法,分析各系统参数对排热效率的影响,开展1∶20缩尺寸隧道模型火灾试验,并验证理论预测结果的准确性。研究表明:增加集中排烟系统排烟量是提高系统排热效率最有效的手段;随着火源功率的增加,排烟系统排热效率逐渐下降;系统总排热效率受排烟阀间距、尺寸、排烟道截面积、沿程阻力等参数影响较小,但在实际设计施工时需要考虑降阻密封的问题,避免系统阻力过大,排烟量降低。

排烟量对隧道温度场变化特征的影响研究

为探究隧道重点排烟量对火灾热烟气层与冷空气层温度变化的影响,采用数值模拟方法研究隧道温度分布和隧道热烟气层、冷空气层的温度变化情况。结果表明:当排烟量从140 m3/s增加至220 m3/s,隧道内整体温度分布范围收缩明显,当排烟量为220 m3/s和240 m3/s时,隧道内整体温度分布范围变化不大;当重点排烟模式开启后,隧道内热烟气层和冷空气层的温度均低于未开启排烟口工况的温度。此外,结合重点排烟量对隧道温度的影响特征,进一步建立热烟气层温度衰减预测模型,为类似工程提供研究依据和技术参考。

纵向排烟与集中排烟下烟气控制效果的对比研究

以某特长公路隧道为研究背景,采用缩尺寸试验测试、数值模拟的方法分别对纵向排烟和集中排烟模式下隧道内火灾烟气的蔓延特性进行了研究,并对比分析了两种排烟系统在火灾工况下对烟气的控制效果。结果表明,纵向排烟模式将火灾烟气控制在火源下游并从隧道出口排出,高温烟气蔓延范围较长;集中排烟模式通过排烟阀将烟气抽离行车道,有效地控制了烟气蔓延和沉降,高温烟气维持在行车道的上部空间,主要通过竖井排出隧道。采用纵向排烟模式的坡度隧道烟气控制受烟囱效应影响较大,而在设置排烟道的坡度隧道中,将排烟阀开启进行自然排烟就能有效地减弱烟囱效应。因此,采用集中排烟模式的防灾安全性能要优于采用纵向排烟模式。

隧道集中排烟模式下火灾数值模拟研究

运用火灾动态模拟软件FDS对采用独立排烟道集中排烟的隧道火灾进行了模拟。通过研究12种不同排烟阀开启方案下隧道内的烟气温度和蔓延规律,得出了排烟阀设置参数对集中排烟模式控烟效果的影响,提出了排烟阀设置的优化方案的参考参数。结果表明,排烟阀的开启个数、间距、单个面积等参数是共同作用影响隧道内的温度和烟气蔓延的。当排烟阀开启8个,间距25m,单个排烟阀面积为8 m^2或排烟阀开启6个,间距25 m,单个排烟阀面积为8 m^2时,隧道排烟系统的控烟效果较好。

隧道火灾集中排烟模式下的排烟效率研究

排烟效率是衡量集中排烟火灾通风方案排烟效果的重要指标。为合理分析排烟效率的变化特性,结合某隧道集中排烟系统设计,借助CFD技术,对设置有排烟道的隧道进行了火灾烟气控制的模拟分析,研究了排烟阀开启个数、开口面积和设置间距对双向排烟和单向排烟两种集中排烟模式下不同排烟阀设置方案中总排烟效率和各个排烟阀的排烟效率的影响。结果表明,集中排烟模式可有效将火灾烟气排出隧道。当排烟阀对称开启时,双向排烟模式下,减少排烟阀开启个数,单个排烟阀的排烟效率升高,但总排烟效率降低;当开口面积较小时,增大面积,总排烟效率升高明显,继续增大开口面积时总排烟效率升高效果减弱;增大间距有利于隧道排烟。单向排烟模式下,当排烟阀开启个数较多或开口面积较大时,距离风机最远的排烟阀排烟效率降低,并出现烟流流出排烟道的现象,排烟阀失效,可考虑在非排烟侧开启少量排烟阀,增大间距,使总排烟效率升高。

3%坡度盾构隧道集中排烟模式排烟阀开启方式的研究

为研究坡度盾构隧道集中排烟模式下排烟阀的最佳开启方式,依托江阴靖江长江隧道,选取水下盾构隧道最常见的3%坡度作为研究对象,采用理论分析、数值模拟等方法,对3%坡度、不同排烟阀开启方式情况下的烟气蔓延范围、排烟阀温度、排烟阀流速及排烟效率进行了分析。结果表明:3%坡度盾构隧道火源下游排烟阀在排烟系统中起关键作用,上游排烟阀的开启会降低排烟效率;随排烟阀开启组数减少和向下游偏移,排烟系统排烟效率明显增大,提升范围为12.66%~50.84%;建议3%坡度盾构隧道发生50 MW火灾时,若开启6组排烟阀,则上游1组下游5组,若开启5组排烟阀,则上游0组下游5组,若开启4组排烟阀,则上游0组下游4组。

集中排烟模式下隧道火灾排热效率模型试验研究

特长公路隧道火灾烟气控制是隧道火灾防治的热点及难点问题之一。采用隧道内烟气温度、浓度、压力以及烟气控制范围等静态指标无法综合评估隧道通风排烟时的烟气控制效果,而且存在较高的偶然性和误差率。根据相似理论,搭建了1∶10缩尺寸隧道火灾试验模型,开展了单向排烟和双向排烟模式下20组隧道火灾模型试验,各试验工况下排烟风机处火灾烟气温度随时间呈线性增长趋势,因此将排热效率λ作为评价集中排烟模式下烟控效果的关键参数。结果表明：当排烟阀设置方案相同时,双向排烟模式下的排热效率比单向排烟模式提高5%~10%;排烟阀面积为4~6m2,开启个数为4、6时,排热效率较高。

基于多指标约束的隧道集中排烟量设计模型

利用经典羽流模型计算烟气生成量来设计隧道集中排烟系统的排烟量存在设计量偏小的问题。从火灾烟气控制效果出发,选取排烟效率、烟气蔓延范围、烟气流动速度、人员疏散微环境4个指标,提出一套隧道集中排烟系统的评价指标,构建基于多指标约束的隧道集中排烟量设计模型。通过FDS 5.0对某越江隧道火灾时的各评价指标参数值进行模拟计算,得到该隧道集中排烟系统在20MW火灾时的最适排烟量为140～150 m3/s。研究表明,利用多指标约束的排烟量设计模型可提高隧道集中系统排烟量设计的准确性。

集中排烟公路隧道入口段火灾下诱导风速研究

为研究集中排烟模式下公路隧道入口段发生火灾时的合理诱导风速,以某公路隧道为背景,运用火灾动力学模拟软件FDS对隧道入口段火灾时不同坡度、不同诱导风速的16组火灾工况进行模拟研究,通过对各工况下隧道内的温度场分布及烟气控制效果模拟结果的分析,得到了各工况下的合理诱导风速,研究结果可为公路隧道集中排烟系统关键设计参数提供参考。

公路隧道集中排烟道排烟阀结构设计参数研究

针对某大断面公路盾构隧道火灾烟气控制工程实际,为了优化设计公路隧道集中排烟模式下排烟阀结构参数,采用火灾动力学模拟软件FDS构建了隧道数值模型,并根据公路隧道的通行车辆种类、火灾类型和火灾规模,选择了隧道火灾典型场景,设计了集中排烟模式下单向及双向排烟时相应的火灾工况,通过提取隧道顶隔板下方温度场、行车道2 m高处能见度以及排烟阀流速等数据,分析了双向排烟时特定排烟阀面积下不同排烟阀结构形状对隧道火灾排烟效果的影响,进而探讨了单向排烟方式下不同排烟阀面积时的隧道火灾排烟效果。在此基础上,获得了隧道集中排烟模式下合理的排烟阀面积、排烟阀结构形状等设计参数。

顶部集中排烟盾构隧道结构防火保护及关键参数研究

依托江阴靖江长江隧道开展了盾构衬砌管片抗火性能数值模拟及烟道板耐火性能试验,提出了一种新的顶部集中排烟盾构隧道结构防火保护策略。建议行车道层管片采用防火材料进行防护,烟道层拱顶部位管片采用混凝土内衬进行通长保护,烟道板不需进行防火保护。盾构管片模拟结果表明,当管片防火保护层等效热阻大于0.10℃∙m2/W时,管片耐火极限大于2.0 h;烟道板耐火性能试验表明,无防火保护烟道板构件在RABT升温曲线作用下,跨中挠度小于允许极限挠度,耐火极限大于2.0 h。模拟和试验结果表明,这种顶部集中排烟盾构隧道结构防火保护策略安全可行。

不同排烟量和漏风情况下的隧道通风网络解算

在通风网络理论的基础上编制了基于质量描述的隧道网络通风计算程序,并采用模型试验方法对火灾通风网络计算结果进行了验证,证实了网络程序的可靠性。将研编的通风网络计算程序应用于某隧道集中排烟模式下火灾通风排烟技术研究,探讨了排烟量和漏风量对排烟道内和排烟阀处烟气流速的影响规律。结果表明,增加排烟量时,排烟道内和排烟阀处烟气流速呈升高趋势,越靠近排烟风机处,其烟气流速升高趋势越明显。漏风分支风阻的大小较显著地影响着漏风量的大小。减小未开启排烟阀的分支风阻系数,漏风量增大,开启的排烟阀处流量减少,当漏风分支风阻系数减小到10 N·s/(kg·m)2时,漏风量超出规范规定值。

公路隧道集中排烟系统通风效能现场测试分析

以南京长江第五大桥为研究背景,采用手持热线式风速仪对排烟道内风速与风量、排烟阀处风量及排烟道漏风量进行了现场测试。结果表明:排烟道内风速随与风井距离增大而减小,且开启风机与开启排烟阀距离越近,该侧的风速衰减越大,开启风机与开启排烟阀距离越远,该侧的风速衰减越小;开启的排烟阀处风速也随与风井距离增大而减小,且呈“U”形对称分布;开启排烟阀区域不同时,隧道排烟道总漏风率在15%~25%,平均值为20%。隧道排烟道漏风的主要原因是排烟道两端漏风及未开启的排烟阀漏风,未开启的排烟阀漏风对隧道排烟效率的影响较大,极大地降低了隧道的风速与风量,因此,应提高隧道排烟阀的质量,降低排烟系统的漏风量。

隧道集中排烟速率对烟气层吸穿现象影响的试验研究

建立1∶20的缩尺寸隧道模型,以研究隧道集中排烟速率对烟气层吸穿现象的影响。分析对称开启的6个排烟口,排烟速率由0.045 m3/s逐渐增大到0.179 m3/s时,排烟口下方烟气层蔓延范围、厚度和温度的变化规律。在不同排烟速率下,邻近火源的排烟口L1和R1均未发生吸穿现象;而远离火源的排烟口L3和R3排出的几乎为空气;在排烟速率为0.112~0.179 m3/s时,处于中间位置的排烟口L2和R2发生吸穿过渡现象,后随排烟速率增大则发生完全吸穿现象。结果表明：当隧道集中排烟速率不断增大时,排烟口下方烟气层逐渐发生吸穿现象,且距火源越远的排烟口越容易发生吸穿现象。

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。