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。

外立面阻隔结构限制下建筑开口外部火溢流温度分布特性的研究

为阻止建筑外立面开口火溢流的纵向蔓延,本文基于高斯分布等有关知识,理论分析阳台、窗口和窗槛墙3个外立面阻隔结构限制下的建筑开口外部火溢流的温度分布规律,并运用数值模拟的方法,数值拟合找出建筑外立面开口火溢流的纵向温度分布与窗口宽度、窗槛墙高度及阳台伸长之间的相关性。结果表明:阳台、窗槛墙和窗口阻隔结构共同影响着建筑外立面开口火溢流的外部温度分布,在对建筑外立面阻隔结构的设计中,必须考虑多阻隔结构对火溢流的阻隔作用,靠单一因素的参数设计,无法保证建筑外立面的防火安全。

建筑开口火溢流在不同方向辐射强度变化规律的数值模拟

当前对建筑外部火灾的研究主要集中在火焰高度及开口对于溢流火的影响等,对于开口外部各方向影响的对比研究较少。采用FDS火灾模拟软件对开口建筑火灾进行模拟,讨论了室外竖直、横向、径向3个典型方向上外部辐射强度的变化规律及差别。结果表明,3个方向受火源功率和距离的影响从大到小依次为竖直、横向、径向。其中竖直方向符合半高斯分布,最大辐射值降至一半所需高度由2 MW的0.9 m扩大为8 MW的4.4 m;横向符合高斯分布,火焰波动导致两侧辐射值非完全对称;着火房间上层径向辐射强度和距离成反比例函数分布,且与Q-1500AH1/2的0.65次方相关。

室外风下建筑外立面火溢流阻隔技术研究

以全尺寸双层建筑为火灾试验模型,采用数值模拟的方法,模拟低速及高速侧吹风两种室外风条件下,不同的窗口、窗槛墙及阳台尺寸对建筑外立面开口火溢流蔓延的阻隔情况。运用数值拟合找出不同室外风条件下建筑外立面开口火溢流扩散程度与窗口宽度、窗槛墙高度及阳台伸长之间的相关性。结果表明:低速侧吹风状况下,火溢流顺风斜向上蔓延,阳台宽度起主导阻隔作用;高速侧吹风状况下,火溢流顺风横向蔓延,阳台伸长起主导阻隔作用。

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。

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。

窗间墙对窗口水平火溢流阻隔效果研究

建立1/2缩尺寸开口火溢流阻隔技术实验模型,研究窗间墙宽度对左右双室窗口火溢流阻隔效果的影响,得到窗口和窗间墙中心线温度竖向分布规律以及外立面横向和竖向温度分布规律二维图。利用FDS建立模拟模型,得到模拟结果和实验规律较吻合。结果表明,左右双室燃烧时,窗口溢出火羽流易发生融合;窗间墙越宽,阻隔路径越长,窗口溢出火羽流相互作用越小;当窗间墙宽度增至0.75 m时,能够有效阻隔左右窗口火溢流的相互影响。

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。

隧道列车火灾玻璃破裂开口火溢流行为特性研究

在高速铁路长大隧道中,列车车厢内部着火后,车窗玻璃可能被击碎或受热变形,并破裂脱落形成新的通风口,产生由该通风口向隧道内蔓延的开口火溢流,从而扩大火灾规模,造成更大灾害。文中对该类开口火溢流的卷吸行为及燃烧特性进行了研究,揭示了车厢内部烟气温度的纵向衰减规律;利用能量平衡方程及自然对流换热和辐射换热公式,提出了车厢内、外火灾热释放速率的计算方法;建立了开口火溢流角度与火源功率及特征长度之间的耦合关系式;得到了隧道壁面处最大无量纲温度与无量纲溢出火源功率之间的关系模型。结果表明,车厢内、外的热释放速率随火源总释放速率的增加均呈抛物线规律增加,当总的火源热释放速率为17.85 MW时,车厢内、外的热释放速率相等;火源热释放速率在1~15 MW范围内时,车厢内释放速率均大于溢出车厢外的释放速率;火源热释放速率在20~30 MW范围内时,车厢内释放速率均小于溢出车厢外的释放速率;随着火源释放速率的增加,溢出的热烟气增多,隧道壁面处的温度升高,且在3 m左右的高度达到最大值;热释放速度大于20 MW时,直接有火焰溢出。

建筑外立面开口火溢流垂直扩散的阻隔技术数值模拟研究

窗口、窗槛墙和阳台对建筑外立面开口火溢流垂直蔓延的阻隔效果显著。本文采用全尺寸数值模拟的方法对建筑外立面开口火溢流的垂直蔓延进行了研究,观测了不同的窗口宽度、窗槛墙高度及阳台伸长对建筑外立面开口火溢流垂直蔓延的阻隔情况。并采用两种判定方法(单点温度判断法和温度等值线判断法),结合运用数值模拟找出建筑外立面开口火溢流扩散程度与窗口宽度、窗槛墙高度及阳台伸长之间的相关性,得出相关定量化的结论。这些定量化的结论,为建筑外立面的防火设计提供了有价值的参考。

防火挑檐对建筑外立面窗口火溢流行为特征的影响

本文通过建立1∶2的中尺寸试验台,通过试验研究防火挑檐作用下建筑外立面开口火溢流行为特征,验证Lee Yee-Ping提出的建筑外立面无量纲温度模型适用于无防火挑檐下的本试验台。试验表明:对于通风控制的单室燃烧,燃烧室内平均温度主要取决于通风因子的大小;建筑外立面防火挑檐改变了窗口火溢流的轨迹,使窗口溢出的热烟气远离上层窗口,降低了上层窗口附近的温度,但同时增大了下层建筑和相邻建筑的火灾危险性。

环境风作用下建筑开口溢流火焰拓展规律研究

建筑开口火溢流特征参数研究是火灾科学领域的基础研究内容之一,尤其是正交侧吹横向风影响下的开口火溢流特征更是影响到相邻建筑的火灾危险性。基于弗洛德相似准则,利用缩尺寸建筑燃烧腔室模型开展建筑溢流火灾实验,在正交侧吹横向风作用下,对不同火源功率和不同开口尺寸的建筑腔室溢流火焰扩展规律进行探究。重点分析风速对火焰形态的影响,建立环境风作用下建筑腔室开口溢流火焰长度的分段预测模型,为建筑外立面防火设计提供参考。

斜坡受限条件下燃烧室内及开口外部溢流的温度场分布特性

建立了建筑外壁面开口火溢流行为的小尺寸模拟实验装置,采用汽油池火作为模拟火源,研究了15,cm、25,cm和35,cm共3种典型不同尺寸的油池火在0°、45°、60°和75°共4种不同斜坡受限角度下的燃烧室内及开口外部溢流的温度场分布特性.研究结果表明,随着斜坡角度的增大,对于较小尺寸的火源(15,cm),燃烧室内一直处于较完全的燃烧状况,燃烧室内及开口外部溢流的温度场变化较小;对于较大尺寸的火源(35,cm),在斜坡角度为0°时燃烧室内便发生不完全燃烧,有大量的火焰溢出,开口外部溢流温度场一直较高且变化小;而对于中等尺寸的火源(25,cm),斜坡角度的影响明显,燃烧室内由于供氧的限制从较充分的燃烧过渡为不完全燃烧,室内中心线及靠近窗口的角落温度降低,但燃烧室后端内侧角度的温度则不断升高,外部火溢流的高度和温度均出现显著增加.当发生火焰溢出时,近壁面处溢流的竖向分布呈现特殊的中部"低温区域".

圆形开口建筑火灾外立面热羽流温度演化研究

建筑火灾是火灾科学领域的重要研究方向之一,外立面热羽流温度是评价建筑火灾危险性的重要指标。基于弗洛德相似准则,利用缩尺寸单一开口燃烧腔室模型开展建筑火灾实验,对不同火源功率和开口尺寸下圆形开口建筑火灾外立面热羽流温度分布规律进行探究。研究结果表明:(1)在燃烧状态稳定下,对于确定开口尺寸和火源功率,圆形开口燃烧室内顶棚下方热气体温度基本均匀且保持一致;(2)在圆形开口建筑火灾中,火溢流和顶棚射流火焰的扩展工况下,外立面溢出热羽流温度演化与矩形开口火溢流工况相似;(3)基于热羽流温度实验数据,分别建立了不同开口尺寸、火源功率下圆形开口建筑火灾顶棚射流火焰扩展和火溢流工况的外立面溢出热羽流竖向温度预测模型。

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。

外墙保温系统垂直壁面温度及火焰蔓延计算式

窗口火溢流是引发建筑外墙保温系统(ETICS)火灾的主要原因之一。在讨论分析开口因子和差异化中性轴对Yokoi计算式影响的基础上,探究不同火焰功率和开口尺寸条件下的垂直壁面温度分布特征;然后通过一系列试验测定不同火焰功率和聚苯乙烯泡沫板(EPS)厚度下的火焰垂直蔓延速度,测量不同火焰功率和EPS密度下样品表面温度和内部EPS烧损面积,提出基于INDEX法的ETICS火灾危险指数计算法。结果表明:垂直壁面温度计算式结果与试验结果具有良好的一致性;火焰蔓延计算式与试验测试结果吻合;INDEX法可以有效区分ETICS火灾危险性。

坡地建筑外立面火灾温度演化研究

针对坡地建筑外立面开口火溢流行为,为了预测不同坡地角度时圆形开口建筑火溢流的外立面热羽流温度分布规律,采用1∶8缩尺寸建筑火灾模型,开展圆形开口建筑火溢流实验研究。结果表明:在建筑火灾燃烧状态稳定下,对于确定开口尺寸、火源功率以及坡地坡度(倾斜挡墙)下,带有圆形开口的燃烧室内温度基本均匀且保持一致;针对圆形开口建筑,倾斜挡墙坡度越大,外立面的温度越高;基于热羽流温度实验数据,建立考虑不同开口尺寸、火源功率和倾斜挡墙角度影响下圆形开口建筑火灾溢出热羽流的竖向温度预测模型。

燃料控制燃烧下受限空间内部温度分布特性研究

本文通过数值模拟的方式对燃料控制燃烧下受限空间内部的温度分布特性进行研究,探讨了受限空间的间距对窗羽流温度分布特性的影响。通过研究发现:存在一个临界间距L_(3),当受限空间间距D>L_(3)时,受限空间内部各点的温度变化趋势随着D的减小基本不变,在所研究的火源功率范围内,受限空间内羽流温度高温区紧贴建筑外立面;当D≤L_(3)时,受限空间内各点的温度随着D的减小急剧升高,高温区域向外挡墙方向移动,对外挡墙的危险性加大,并且通过推导,给出了竖向羽流温升和无量纲火源功率的关系。

正向风作用下的对开口腔室火灾行为

为了系统揭示正向风作用下对开口腔室火灾行为的演化机理,该文建立了更符合实际的腔室火灾场景,开展了相应的数值模拟和理论分析,研究了正向风风速对迎风侧、背风侧的火溢流行为、腔室内部温度以及腔室气体流动方式的影响。结果表明:随着风速的增加,通风控制下腔室迎风侧的火溢流会逐渐消失。之后,背风侧的火溢流也会逐渐消失。火溢流发生的临界判据为全局当量比等于0.645。当全局当量比小于等于0.645时,燃烧只发生在腔室内部;当全局当量比大于0.645时,腔室外部开始出现火溢流。在燃料控制状态下,腔室内部的平均温度随着风速的增大不断降低。结合腔室内外的能量守恒方程,通过量纲分析,建立了正向风作用下燃料控制状态腔室内平均温升模型。基于迎风侧和背风侧与腔室内的压差,建立了腔室气体由双向流动转化为单向流动的临界风速表达式。当风速小于临界风速时,腔室两侧开口气流存在双向流动;当风速大于等于临界风速时,腔室两侧开口气流为单向流动。