Numerical Analysis of Natural Smoke Ventilation Design System under External Wind Effect in Factory Compartment

This study applied the numerical simulator tool FDS （fire dynamics simulator）, Version 5.53, and focused on the simulation of the natural smoke flow ventilation design system, an innovative ventilation design using the parallel processing technology MPI （message passing interface）. The design was then compared with the exhaust efficiency of a typical natural smoke vent. The natural smoke flow ventilation design system was located at the top of the factory, where smoke streams effectively converged. Therefore, the source of fire was designed to be 2 MW, which has a better exhaust efficiency than typical natural smoke vent with same area. The simulation discovered that the exhaust efficiency of the natural smoke ventilation design systems is higher than that of typical natural smoke vent with 2 times the opening area and that was not affected by external wind speed, Instead, external wind speed can help to enhance the exhaust efficiency. Smoke exhaust of typical natural smoke vents was affected by external wind speed, even leading them to become air inlets which would disturb the flow of air indoors, leading to smoke accumulation within the factory.

水平巷道火灾中烟流逆流层长度的实验研究

为考察水平巷道火灾中烟流逆流层长度随巷道风速及火源放热速率的变化规律 ,在一条长 9m,横断面 30 cm× 30 cm的模拟巷道中进行了燃烧模拟实验 .实验采用一直径为 1 0 cm,以煤油为燃料且燃烧强度可调的油盘为火源 ,测量了巷道走向垂直中心面上的二维温度分布、风流及烟流速压、烟流组分以及其逆流长度等参数 ,并根据测量结果推算出了巷道风速及火源放热速率 .实验数据的拟合结果表明 ,无量纲逆流长度 L*随火源放热率 Q与巷道风速 u的比值增大近似按指数规律增大 ,即 L* =0 .0 4 0 4 exp( 0 .0 4 1 4Q/u)

封闭过程中火区气体运移规律的数值模拟

为了研究封闭过程中火区气体运移规律,采用COMSOL软件对火区封闭过程中流场进行了数值模拟,研究了入口平均风速分别为1.5 m/s、1 m/s、0.5 m/s、0.25 m/s、0.1 m/s时,巷道中心垂直断面速度场、瓦斯、CO和O2浓度场的变化规律。结果表明,封闭过程中,最大风速随着入口平均风速的减小逐渐减小,逆流层厚度、逆流长度和最大逆流速度均随着入口平均风速的减小而增大;火区及火源下风侧最高瓦斯浓度均随着入口平均风速的减小而升高;火源下风侧CO浓度及火源上风侧CO浓度均随着入口平均风速的减小升高,火源下风侧巷O2浓度随着入口平均风速减小而降低。根据模拟结果,可判定瓦斯爆炸危险区域,对现场火区封闭有一定的的指导作用。

巷道火灾时期流场及瓦斯浓度变化规律数值模拟研究

为了合理控制巷道入口风速,减少火灾的发生并降低灾害造成的损失,利用Fluent数值模拟软件对某煤矿巷道发生火灾时的流场进行数值模拟研究,探讨了不同的入口风速对火灾的速度场、温度场以及对瓦斯涌出分布的影响。结果表明:入口风速越大,对巷道内风流分布的影响越小,火焰区域速度最低,速度的纵向分布呈现出"圆弧层状"降低分布,并且圆弧顶部不同程度向下凹陷;火灾会引起巷道内瓦斯浓度增大,风速低时瓦斯最高浓度可达到瓦斯爆炸下限,造成瓦斯爆炸;风速的变化,会使"烟流滚退"的距离有较大的改变,且风速越大,巷道内排烟效果越显著。通过分析模拟结果发现,合理控制巷道入口风速对防止瓦斯爆炸和灾后巷道内烟气排放有显著作用。

铁路隧道火灾烟气逆流的计算模型

通过理论分析结合经验公式,构建铁路隧道火灾烟气逆流距离的计算模型。建立长为52.5 m、内径为1.1 m、缩尺寸(1:9)的实验模型隧道。设定了7个隧道坡度、4个纵向风速,用以模拟实际隧道火灾场景,获得不同坡度和不同通风情况下烟气逆流距离的变化。实验结果表明:隧道坡度及通风速度对烟气逆流距离具有明显影响。通过模型隧道火灾实验的测量结果与计算模型的预测结果的对比,验证了计算模型的有效性,可为铁路隧道防灾通风设计提供依据。

侧部双点排烟隧道火灾烟气逆流长度研究

火灾烟气逆流长度是侧部重点排烟模式烟气控制有效性的关键判据。为探究相关因素对侧部双点排烟模式下火灾烟气逆流长度的影响,根据π定理,对相关因素进行量纲分析,推导出烟气逆流长度与火灾热释放速率、排烟口排烟速率、排烟口间距、排烟口面积、排烟口距隧道顶板高度、排烟口长宽比6个影响参数的无量纲函数关系式;通过数值模拟并对模拟数据拟合,确定烟气逆流长度与这6个影响参数的关系。结果表明,侧部排烟模式下,烟气逆流长度随火灾热释放速率增大而增大,随排烟口排烟速率、排烟口间距增大而减小,烟气逆流长度不受排烟口面积、距隧道顶板高度、长宽比的影响。进而建立了考虑侧部双点排烟作用且与数值模拟结果相吻合的烟气逆流长度无量纲计算公式。

室外空气对地铁隧道烟气返流长度的影响

在真实地铁隧道内开展热烟试验,验证FDS模拟结果的正确性。建立地铁隧道三维物理模型,采用FDS研究室外空气设计参数对隧道火灾烟气返流长度和临界风速的影响。研究结果表明,室外空气设计参数对烟气返流长度和临界风速有较大的影响。室外空气温度越低,地铁隧道火灾烟气返流长度越长。室外空气湿度越大,地铁隧道火灾烟气返流长度越短。室外大气压力越大,地铁隧道火灾烟气返流长度越短。

城市浅埋隧道竖井排烟烟气逆流的影响研究

为研究浅埋隧道中烟气逆流长度的影响因素,以武汉东湖隧道为工程背景,采用量纲分析法,构建竖井排烟隧道内火源上游烟气逆流长度无因次表达式,并通过数值模拟,量化研究火源热释放速率、纵向送风风速、竖井与火源距离、竖井宽和高对火源上游烟气逆流的影响。结果表明:上游烟气逆流长度随火源热释放速率、竖井与火源距离增长而增大,但当超过一定值时,烟气逆流长度均趋于稳定;随着隧道纵向风速和竖井宽度的增加而减小,且不受竖井高度变化的影响;同时,火源热释放速率与纵向风速的影响明显强于其他因素。创新性推导出了考虑火源热释放速率、纵向送风风速、竖井与火源间距、竖井宽度情况下火源上游无量纲烟气逆流长度的预测公式,且与数值模拟结果良好吻合。

半横向排烟下公路隧道火灾烟气逆流长度规律研究

为研究不同因素对半横向排烟模式下公路隧道火灾烟气逆流长度的影响规律,采用理论分析推导火灾烟气逆流长度与火源功率、排烟速度、排烟口面积和排烟口间距4个因素的无量纲关系式,运用数值模拟研究不同因素下火灾烟气的运动规律,最后拟合得到烟气逆流长度的无量纲关系式。结果表明:在半横向排烟模式下,烟气逆流长度随火源功率的增大而增大,呈正相关关系;随排烟速度的增大而减小,随排烟口面积增大而减小,随排烟口间距的增大而减小,呈负相关关系;对数值模拟的结果进行拟合,得到相应的烟气逆流长度无量纲关系式。研究结果有助于了解半横向排烟模式下烟气流动规律及控制原理。