横风下持续开口火溢流时高速列车车厢内部最大温升

高速列车车厢内部着火后,若是火势较大,容易在开口处形成持续的火溢流,加之自然界中环境风的作用,车厢内部的最大温升被显著改变。因此,根据我国某型高速列车尺寸建立1∶8模型,通过试验得到79组最大温升数据,定量研究在环境风、侧向开口和火源功率的共同影响下,当高速列车车厢火灾发展到持续火溢流燃烧阶段时,车厢内部最大温升的发展规律。结果表明:车厢内的最大温升随风速及开口尺寸的增大而增大,随火源功率的增大而减少。最后提出耦合正向环境风弗劳德数、腔室内部产热和散热关系以及火源无量纲热释放速率的无量纲特征参数,建立大长细比高速列车出现持续开口火溢流时车厢内部最大温升的预测模型,并通过试验数据与模型预测值的对比验证了模型的合理性。研究成果对于高速列车火灾的防灾减灾具有一定的参考价值。

基于FLUENT的开口火溢流行为研究

对中国科学技术大学陆凯华做的1∶4开口火溢流试验进行FLUENT模拟,考虑燃烧反应,选择化学反应机理和燃烧模型模拟火源。模拟结果表明:不同开口尺寸、不同燃料供应速率时,FLUENT模拟结果与开口火溢流试验结果一致;3个热电偶树的温度分布趋于稳定,为800～1 000℃;模拟得到不同开口尺寸、不同燃料供应速率时室内气体的流动矢量图和烟灰分布图。FLUENT模拟良好的可重复性、经济性,可作为开口火溢流试验的有效补充。

基于人工智能的外立面开口火溢流温度场预测

为了明确外立面构造形式对开口火溢流的影响,对不同外立面构造条件下的开口火溢流进行实验研究,并对外立面火灾温度场的实时预测进行探索。通过不同翼墙间距和进深条件下的外立面火灾实验构建外立面火灾预测数据库,并将其应用于人工智能方法—卷积神经网络的训练和验证,建立不同外立面构造形式下开口溢流火焰温度的实时预测模型,为外立面构造形式的设计和外立面火灾防控提供支撑。

不同开口尺寸对受限空间火溢流影响研究

利用FDS模拟研究受限空间不同开口尺寸下的火溢流行为,并同现有的小尺寸实验结论进行对比分析。结果表明:当火灾总的热释放速率大于燃烧室内部的热释放速率时,室外可以得到稳定的火溢流现象;开口外墙有一定厚度时,通风因子较大,实际流入室内的空气质量流量基本满足理论值,通风因子较小,实际流入室内的空气质量流量损失较大,开口处燃烧行为的影响不可忽略;流入室内空气的燃烧参与率随着通风因子的增大而增大,超过一定值后基本稳定不变。模拟得到无量纲溢流火焰高度与热释放速率的关系与Lee小尺寸实验的数学模型大致吻合。

窗口尺寸对火溢流特征影响及数学模型表征

建立1/2尺寸的建筑外立面火溢流阻隔模拟试验台,以甲醇为燃料,通过试验研究通风因子和窗口高宽比对燃烧室内和建筑外立面温度分布的影响规律。设置10个工况,得出燃烧室内平均温度和开口的关系、不同工况建筑外立面温度分布。建筑外立面温度分布受通风因子、窗口高宽比的耦合作用。在建筑外立面无量纲温度分布模型的基础上提出耦合通风因子和窗口高宽比的建筑外立面无量纲温度分布矫正模型。窗口高宽比较小时,溢出火羽流宽度较大,厚度较小,使得溢出羽流的侧向卷吸弱于正向卷吸,火羽流在溢出后易呈贴附壁面状。

室外风下防火挑檐对外立面火蔓延的影响分析

通过1/2缩尺寸实验和FDS研究无风状态下防火挑檐对建筑外立面竖向火溢流蔓延的阻隔性能,实验结果与模拟结果吻合良好,验证了所建立模型的正确性。并应用FDS研究了室外风对防火挑檐竖向阻隔性能的影响。结果表明,在无风状态下,当防火挑檐的伸出长度为0.6m时,有效的阻隔开口溢出火羽流竖向蔓延;在室外风下,当室外风速为3m/s,风向为水平右侧吹风,窗槛墙高度为0.4m时,0.6m伸出长度的防火挑檐可继续有效阻隔火溢流的竖向蔓延。