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。

火源位置和风口尺寸对点式排烟烟气控制协同影响研究

为确保非着火列车处于无烟区,长大隧道通常设置中间风井。然而随着城市空间规划日趋严格和跨江越海隧道越来越多,有时难以设置中间风井,点式排烟成为一种有效的替代方案。采用模型试验、数值计算和理论分析研究火源位置和风口尺寸对烟气控制的协同影响,结果表明:当风口长度小于等于0.10 m时,临界排烟量为靠近火源风口所需的排烟量;当风口长度大于0.10 m时,临界排烟量为远离火源风口所需的排烟量。火源逐渐偏离隧道中心时,风口长度的增加先有利于烟气控制,而后对烟气控制具有反作用,风口长度临界值为0.15 m,这是排烟惯性力与由热压引起的水平惯性力竞争的结果。此外,当风口长度小于0.15 m时,最不利火灾位置在C处;当风口长度大于0.15 m时,最不利火灾位置在D处。

点式排烟模式隧道火灾排烟量计算方法

[目的]为解决GB 50016—2014《建筑设计防火规范》中,隧道火灾点式排烟系统的排烟量没有公认的数值及计算方法的问题,提出了临界排烟量的定义及相关计算方法。[方法]对排烟口下方烟气进行受力分析,采用表征浮升力与惯性力相对大小的Froude准则数作为判定临界排烟量的理论判据。在此基础上,进一步分析了浮升力与惯性力相对大小与烟气偏转轨迹之间的内在联系,结合模型试验数据,建立了临界排烟量的半经验模型。[结果及结论]临界排烟量的Froude准则数与排烟风口间距及火灾热释放率无关,与烟气层厚度和排烟风口长度的比值有关。当烟气层厚度和排烟风口长度的比值大于0.67时,Froude准则数与烟气层厚度和排烟风口长度的比值存在幂函数关系;当烟气层厚度和排烟风口长度的比值小于等于0.67时,Froude准则数与烟气层厚度和排烟风口长度的比值线性相关。

侧部点式排烟隧道火灾临界风速研究

为得到侧部点式排烟模式隧道火灾临界风速无量纲计算式,针对隧道侧部点式排烟模式,根据π定理和相似理论,采用量纲分析方法分析影响临界风速的相关因素,推导出影响临界风速3个因素的无量纲函数关系式;采用数值模拟方法,确定临界风速与火灾热释放速率、排烟量、排烟口距火源距离的量化关系。研究结果表明:当无量纲排烟口距火源距离小于2.22时,临界风速随排烟口距火源距离的增大呈1/25次方的增长关系,随排烟量的增大呈-3/50次方减小关系;当无量纲排烟口距火源距离大于2.22时,临界风速不再随排烟口距火源距离和排烟量的变化而改变;临界风速始终随火灾热释放速率的增大呈1/3次方增长关系。

侧部点式排烟模式下烟气分层特性研究

引入烟气掺混影响长度的概念,针对侧部点式排烟模式下不同火灾热释放速率、排烟流量等变化条件,对烟气层厚度、烟气层温度及水平流动速度随烟气水平蔓延的变化情况进行了数值模拟研究。结果表明:烟气掺混影响长度与排烟流量成正比例增长关系;排烟流量较小时,烟气存在明显分层,随着排烟流量的增大,烟气层与冷空气层剧烈掺混,烟气层变得紊乱,看不到明显的分层现象;同一纵向条件下排烟口附近上层烟气层的流速值随排烟流量增加呈现先增大后减小的趋势,不同纵向条件下排烟口外侧烟层流速较低,距离排烟口越远时,侧向排烟对烟气蔓延的抑制作用越弱;排烟流量对于烟气层稳定性的抑制作用主要集中在排烟口处及排烟口与隧道端部区段。

点式排烟诱导风速对大功率隧道火灾烟气影响数值模拟

采用数值模拟研究了大功率隧道火灾点式排烟诱导风速对烟气分布的影响。选取热释放速率为100 MW的火源表示大功率隧道火灾。在隧道点式排烟模式下,设计5组不同的诱导风速进行模拟研究。隧道发生火灾后,将火源下游附近3个排烟阀打开,火源上游提供一定的诱导风速。对不同诱导风速下隧道内烟气蔓延距离、温度场分布和能见度分布进行分析。结果表明:大功率隧道火灾需要较大的诱导风速才能将烟气控制在排烟阀开启段,以保证人员安全疏散;隧道内火源上游温度梯度随诱导风速的递增而减小;诱导风速对隧道内能见度的影响与烟气回流状况存在相关性。

坡度与活塞风对地铁长区间隧道火灾点式排烟的影响

采用数值模拟方法对点式排烟模式下地铁长区间隧道火灾烟气流动进行了计算分析,研究了坡度与活塞风对排烟效率与烟气温度分布的影响。结果表明:烟气不仅受排烟风口的抽吸作用,同时坡度与活塞风影响隧道内烟气流动,点式排烟模式下坡度与活塞风对排烟效率与烟气温度分布的影响不能忽略。

公路隧道侧部单点排烟模式下烟气逆流研究

侧部点式排烟可将烟气控制在一定区域内,但相较于顶部集中排烟模式,其烟气运动规律更加复杂,有待逐步明晰。从烟气逆流长度出发探究侧部点式排烟对火灾烟气控制的影响规律,提出考虑侧部点式排烟作用的烟气逆流长度预测公式。通过对影响上游烟气逆流长度的相关因素进行分析,确定了可对侧部点式排烟产生影响的四大因素:火源热释放速率、纵向送风风速、排烟口距火源距离、排烟口排烟量。然后从量纲角度进行分析,推导出上游烟气逆流长度与这4个影响参数的无量纲函数关系式。利用FDS软件建立侧部点式排烟隧道模型,并以此为模拟对象,对不同火源热释放速率、纵向送风风速、排烟口距火源距离、排烟口排烟量下的隧道火灾烟气蔓延情况进行数值模拟分析,确定了相应情况下的上游烟气逆流长度。并对结果进行处理分析与拟合,确定了上游烟气逆流长度与这4个影响参数的关系。结果表明:上游烟气逆流长度随火源热释放速率增长而增大,但当超过一定值时,烟气逆流长度趋于稳定;排烟口距火源距离对上游烟气逆流长度的影响与火源热释放速率类似,但影响程度远弱于前者;上游烟气逆流长度随隧道纵向风速增加而减小,且该效果极为显著;上游烟气逆流长度随排烟口排烟量增长而减小,但相较于纵向风速与火源热释放速率,其影响程度很弱。进而建立了考虑侧部点式排烟作用且与数值模拟结果吻合良好的无量纲烟气逆流长度预测公式。