隧道火灾相向射流排烟系统烟气质量流率比例系数

为探究隧道相向射流排烟系统中火灾发生时烟气的流动特性,通过FDS数值模拟研究隧道内不同上、下游风速工况下的上、下游烟气质量流率变化。基于等效风速、理论分析和数值模拟结果得到上、下游风速与烟气质量流率比例系数的关系式。结果表明:当等效风速小于临界风速时,上、下游烟气质量流率比值和烟气质量流率比例系数随等效风速增加而减小,并且等效风速与上、下游烟气质量流率比值存在线性关系;当等效风速大于临界风速时,上、下游烟气质量流率比值和烟气质量流率比例系数为0。

环境压力对隧道竖井排烟影响的数值模拟研究

通过FDS数值模拟,研究环境压力对隧道火灾的烟气蔓延规律、烟气分层特性和竖井排烟效果的影响。研究表明:低压环境下隧道顶棚的烟气具有更高的温度,火源-竖井和竖井下游区域顶棚温度的纵向衰减曲线均符合指数分布,温度衰减系数随着环境压力的增加而减小;火源-竖井区域的烟气运动由热浮力主导,层化曲线变化趋势不明显,竖井下游区域层化曲线受环境压力的影响较大,随着环境压力的降低,层化曲线出现顺时针旋转的趋势,层化强度降低,烟气层稳定性下降;低压环境中竖井的排烟效果要优于常压状态下的竖井,且竖井底部产生吸穿现象的临界高度也有所增加。因此,与一般海拔地区相比,海拔较高地区的隧道发生火灾时,较高竖井的排烟效果更好,吸穿临界高度更高,对下游烟气层稳定性的影响更小,更利于疏散排烟。

隧道单侧集中排烟模式下烟气蔓延距离研究

为研究隧道火灾单侧集中排烟模式的烟气流动特性,采用缩尺寸模型试验研究了隧道温度分布和烟气蔓延距离。定量分析不同火源热释放速率及排烟量作用下单侧集中排烟模式隧道纵向温度的变化规律,并通过温度场判断不同火灾工况下的烟气蔓延距离,探究火源热释放速率、排烟量与烟气蔓延距离的数学模型。结果表明:在隧道单侧集中排烟模式下,温度场呈非对称分布,排烟风机侧烟气蔓延距离大于封闭侧;火源上、下游的烟气蔓延距离随火源热释放速率的增大而增大,随排烟量的增大而减小;通过理论分析,得到单侧集中排烟模式下火源上、下游烟气蔓延距离的预测模型。

高海拔铁路隧道紧急救援站排烟结构尺寸参数及排烟效果

为明确高海拔铁路隧道紧急救援站排烟结构合理的尺寸参数,以某高海拔铁路特长隧道为工程依托,数值模拟并分析救援站联络排烟道数量、直径以及平行排烟道尺寸对排烟效率、站内温度和能见度的影响。结果表明:总体上距火源越近,排烟效率、拱顶及疏散站台温度越高,且火源前端能见度显著高于后端,但不同排烟结构参数下的具体分布规律差异显著;随着联络排烟道数量增加,救援站排烟效率略有增加,救援站后端拱顶温度显著降低,部分联络排烟道会出现烟气倒流,救援站疏散站台特征高度能见度低于10 m的范围显著增加;随着联络排烟道直径增加,救援站排烟效率及救援站两端拱顶温度均降低,救援站能见度显著下降;平行排烟道尺寸对救援站排烟效率及站内温度分布影响较小,但随着尺寸增加,救援站疏散站台特征高度能见度低于10 m的范围呈“先增后减”的变化趋势,紧急救援站内联络排烟道数量设置不宜过多,推荐联络排烟道直径为3 m,平行排烟道断面宽度为5 m。

特长跨海公路隧道联络烟道间距优化设置研究——以青岛第二海底隧道为例

青岛第二海底隧道通过在隧道的南北线排烟道上纵向间隔设置联络烟道,将南北线烟道联通。由于目前尚无公路隧道设置联络烟道的案例可供参照,为研究联络烟道对公路隧道防排烟效果的影响,亟需明确在不同联络烟道间距下隧道内火灾温度场、烟气蔓延情况、系统阻力等的分布规律,确定最优联络烟道间距。在现有评价指标烟气蔓延长度l_(60)、排烟效率η的基础上提出阻力削减率ξ,构建基于性能化的联络烟道间距优化评估模型;在调研全国各种隧道横通道间距设置配合形式后,采用Fluent软件模拟不同联络烟道间距下的烟流特性及数据。结果表明:1)联络烟道能有效降低排烟系统的阻力;2)随着联络烟道间距的缩短,烟气蔓延长度l_(60)由260 m缩小至180 m,排烟效率η由93.39%提升至97.80%,阻力削减率ξ由15.42%减小至2.20%;3)联络烟道间距为750 m和1500 m混合的设置方式能起到较好的排烟效果,此时继续缩短联络烟道间距对系统排烟能力提升有限。

侧开竖井曲线隧道烟气运移规律及排烟效果影响因素研究

城市侧壁开口竖井隧道火灾烟气流动规律复杂,通过FDS数值模拟,分析了曲率半径、竖井侧壁开口尺寸、纵向风速3个因素对火灾烟气运移规律及竖井排烟效果的影响,并采用正交试验判断各因素的重要程度。结果表明:曲线隧道烟气的沉降速度更快,当烟气层未完全覆盖竖井侧壁排烟口时排烟口长度大于临界值后竖井下游顶棚温度衰减系数才逐渐增加;纵向风速对直线和曲线隧道的烟气逆流长度、临界风速及排烟效果的影响差异较大,提高侧壁开口竖井排烟效率存在最优风速,但会使竖井与主隧道衔接处平均温度提升20%,最高温度位于联通管道下游侧。影响排烟效率的各因素重要程度为:纵向风速>竖井侧壁开口尺寸>曲率半径,影响顶棚下方平均温度的重要程度为:纵向风速>曲率半径>竖井侧壁开口尺寸。

支管排烟作用下双层隧道顶棚温度分布试验研究

针对下层隧道采用支管排烟模式的双层盾构隧道,通过开展缩尺寸模型试验对烟气温度分布进行系统研究,探讨火源功率、排烟口开启方案(排烟口数量和距离)和排烟量等关键因素对火灾烟气温度分布的影响。结果表明:随着排烟口距离的增加,顶棚烟气温度逐渐升高;开启距离火源最近的两个排烟口时,顶棚烟气温度最低;随着排烟量的增大,在远离火源的区域顶棚烟气温度逐渐降低;火源上下游顶棚下方温度沿隧道纵向呈现指数衰减规律,在不同的排烟量和火源功率下,相对温度衰减ΔT_(x)/ΔT_(max)的值变化不大。通过对试验数据进行拟合分析,推导出支管排烟模式下,火源上下游顶棚烟气温度纵向衰减预测模型。

公铁合建双层盾构隧道设计关键技术

为解决公铁合建双层盾构隧道面临的总体布置、结构设计、汽车与地铁车辆联合振动以及通风排烟等技术难题,以武汉长江公铁隧道和济南黄河济泺路隧道工程实践为基础,采用方案综合比选、2.5维数值计算等方法,对公铁合建双层盾构隧道设计关键技术进行系统研究。结果表明:1)通过对隧道平面、纵断面和横断面的合理优化布置,并在废水泵房段、疏散楼梯段采取特殊布置方案,可减少公铁合建盾构隧道地下空间占用,并提高断面利用率,减小盾构隧道外径;2)采用半预制半现浇的管片+非封闭内衬结构型式,能充分发挥内部结构与管片衬砌的联合承载作用,显著减小河床冲淤作用;3)汽车与地铁联合振动作用对隧道影响较小,隧道基底饱和粉细砂地层不会发生液化;4)地铁隧道采用分段纵向烟道,可解决地铁长大区间无风井条件下的排烟难题,同时提高疏散便捷性,并大幅降低建设难度;5)公铁合建隧道在运营管理上不可避免地会出现交叉和影响,建议在管理界面划分和投资分劈上提前研究,便于决策。

挡风墙对风区隧道火灾排烟效果的影响研究

烟气是隧道火灾中的最致命因素。针对处于风区的隧道受环境风影响,火灾烟气无法有效排出导致隧道内热量积聚和人员受困的问题,建议在风区隧道出口设置合理尺寸的挡风墙。以标准的2车道公路隧道为例,基于对公路隧道火灾载荷的调研,借助FDS(Fire Dynamics Simulator)软件建立典型的2车道公路隧道火灾模型,考虑风区10,20和30 m/s 3种横风速度,分别讨论有无挡风墙时的隧道内火灾烟气运动情况。无挡风墙时,横风会将烟气封堵在隧道内,造成隧道内热量的积聚,同时,隧道下部空间被烟气侵蚀,对人员逃生和救援工作产生不利的影响。进一步探讨不同宽度和高度的挡风墙对隧道内火灾烟气运动、隧道顶部温度、能见度及烟气层高度参数的影响,从而确定适合风区2车道公路隧道的最佳挡风墙尺寸。研究结果表明,隧道出口设置挡风墙可以有效促进风区隧道火灾烟气的排出,且能够大大降低隧道顶部温度。这是由于风流经过挡风墙时发生边界层分离,挡风墙内部形成负压驱使火灾烟气从隧道排出。当横风速度较大时,烟气倾向于全部从风区一侧排出,非风区一侧形成完全干净的空间,此时人员逃生和灭火救援可以从非风区侧进行。此外,挡风墙的尺寸并非越大越好,基于3个隧道火灾安全疏散指标,提出了优化的风区2车道公路隧道的挡风墙尺寸为4 m(宽)×8 m(高)。

施工隧道火灾烟气蔓延特性与温度分布试验研究

为研究施工隧道中不同纵向火源位置和热释放速率下火灾烟气的蔓延特性及温度分布,采用缩尺寸试验的研究方法,建立缩尺寸施工隧道模型,测量了隧道顶棚下方纵向和竖向的烟气温度。结果表明:在自然排烟条件下,烟气在施工隧道中不能及时排出,会碰壁形成反弹烟流,不断沉降至隧道底板上方0.1 m附近。纵向火源位置对烟气蔓延速度和纵向温度衰减速率的影响较大。随着火源向左侧封闭端移动,火源右侧烟气蔓延速度增大,纵向温度衰减速率减小;火源左侧烟气蔓延速度减小,纵向温度衰减速率增大。无量纲竖向烟气温升符合自相似规律,呈复合函数分布。综合考虑纵向火源位置、热释放速率的影响,总结了烟气蔓延速度的变化规律,建立了隧道顶棚下方竖向烟气温度分布的试验相关性。

隧道火灾重点排烟系统烟气控制效果及排烟效率研究

采用数值计算方法,考虑热释放速率、排烟量、排烟口间距、排烟口面积、尺寸比和隧道高度,研究隧道火灾重点排烟系统下烟气蔓延距离、温度分布、排烟口风速和排烟效率。结果表明:火灾烟气蔓延距离随排烟量的增大而缩短,隧道顶棚温度下降;在排烟量不变的条件下,更大的排烟口宽长比能够缩短烟气蔓延距离;而排烟口间距的变化对排烟效率影响不明显。基于研究结果,给出了5 MW和20 MW火源功率下的重点排烟系统排烟量和排烟口布置建议值。

地下互通式隧道火灾烟气控制模型实验研究

为解决互通式隧道烟气扩散控制和排烟气流组织问题,采用1∶15小尺寸地下互通式隧道火灾模型实验方法,构建互通式隧道火灾模拟情景,分析典型位置起火时的烟气分布规律以及扩散特性,获取主隧道、匝道不同区域的烟气危险性参数变化情况,对比分析不同通风模式的烟气控制效果,探究火源位置、通风/排烟速率、排烟口开启模式等因素对烟气控制的影响。研究结果表明:自然通风模式下,主隧道内火源与排烟风道距离的增大会使得烟气扩散范围增大和烟气积累加剧;在设计的3种通风模式中,两端排烟+匝道送风通风模式具有相对较优的控烟效果。研究结果可为地下互通式隧道排烟设计提供数据参考和技术指导。

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。

铁路分岔隧道典型火灾条件下射流风机选型计算研究

该研究提出针对铁路列车火灾在分岔隧道段的排烟分区划分方法,并进行相应的风机匹配计算。通过PyroSim软件进行数值模拟,对火灾在分岔位置上下游的不同位置进行相应的烟气通风控制,验证排烟分区划分方法的可行性。研究结果对于复杂铁路分岔隧道部位通风排烟系统的设计具有实际的参考价值。

隧道流淌火发展蔓延规律的研究现状及未来展望

在隧道环境中,流淌火的火焰分叉融合、振荡和倾斜等燃烧行为,扩散油层的流动及其与隧道底壁面、火焰烟气的热传递过程具有复杂性和非稳定性。这会加剧引燃周围其他可燃物的危险性,给人们的生命财产安全带来严重威胁。通过对开放空间与隧道环境中溢油流淌火的扩散与燃烧行为、火焰高度、火焰振荡、火焰热辐射模型、热传递机制、烟气蔓延过程以及顶棚温升模型等的对比分析,指出未来应该进一步深入研究流淌火火焰振荡以及火焰热辐射模型等火焰行为,揭示流淌火蔓延的热传递机制、非稳态燃烧和烟气蔓延动力学规律,为隧道流淌火的防治和应急救援提供理论和技术支持。

地铁终点站存车线和预留正线排烟方案研究

[目的]地铁终点站存车线和预留正线的排烟路径与中间站各类配线的均不相同,因此需研究适宜其的排烟方案。[方法]介绍了现行标准中地下区间进行纵向、横向排烟设计的一般要求。以北京地铁房山线北延工程终点站丰益桥南站为例,设计并对比分析了其存车线及预留正线的纵向、横向排烟方案,应用SES软件模拟分析了纵向排烟时两配线内不同位置发生火灾时的排烟路径和风速。指出了现行标准中未明确指出的地铁终端线路的排烟设计特点。[结果及结论]地铁终点站存车线和预留正线无论采用纵向排烟方案还是采用横向排烟方案,都能达到标准中地下区间的排烟设计要求;地铁终点站存车线和预留正线具有横向排烟的条件,建议优先采用投资更少、运营维护工作量更小的横向排烟方案。

纵向通风在超长隧道中排烟效果的研究

采用FDS耦合Fluent进行数值模拟的方法,研究了过江电缆隧道火灾过程,以及火灾结束后的全隧道排烟过程,分析了以设计断面风速为2.2m/s时进行全隧道排烟期间的烟气流动规律。结果表明,在纵向通风气流作用下,防火墙仅在通风5min前对烟气阻挡;在全隧道排烟中,通风气流不断推动烟气前进,同时烟气浓度被稀释。对于不同长度的隧道排烟时,存在临界隧道长度,若隧道长度小于临界长度,实现烟气安全浓度依赖于通风气流把烟团推出隧道;若隧道长度大于临界长度,烟气在被推动到临界长度时已降低到安全浓度以下,无需再继续排烟到排风口处。据此得出了不同隧道长度下所需排烟时间。

双层隧道上层车道顶部单侧与双侧机械排烟的效果研究

为了探讨双层隧道上层车道顶部排烟时,单侧与双侧机械排烟对火灾烟气控制及蔓延的影响,采用FDS对某典型双层隧道在不同排烟控制模式下的烟气控制效果进行了对比研究。在说明模型合理性的基础上,对比分析了不同排烟风机开启模式下的烟气蔓延距离、排烟口处气体质量流率和温度变化规律。研究表明,开启隧道排烟道单侧风机和双侧风机时,排烟口处气体质量流率分布呈现不同规律,同时开启隧道两侧的排烟风机时烟气蔓延范围最小,是同等排烟量下只开启隧道下游一侧风机的47.8%~88.1%,且各排烟口处具有更低的平均温度,综合反映出同时开启隧道两侧的排烟风机具有更好的控烟效果。此外,探讨了在排烟道单侧和双侧排烟模式下隧道烟气蔓延范围随火源位置的变化规律。

基于正交试验的隧道水幕排烟系统优化研究

为了探究水幕排烟系统对隧道火蔓延的抑制规律,并对其参数进行优化。研究采用正交试验的方法,选取水幕流量、液滴粒径、排烟风量、风速为试验因素,设计三水平四因素正交实验方案。利用FDS对隧道火灾进行数值模拟,得到各因素对排烟效果的影响次序及最优组合。结果表明,液滴粒径对隧道火灾温度和能见度影响最大,排烟风量对隧道火灾中CO浓度影响最大。最优参数组合为水幕流量160L/min、液滴粒径200μm、排烟风量26m^(3)/s、风速6 m/s。此时,排烟效果明显提高,隧道火灾烟气的蔓延能够得到有效抑制。

基于正交试验的隧道水幕排烟系统优化研究

为了探究水幕排烟系统对隧道火蔓延的抑制规律,并对其参数进行优化。本文采用正交试验的方法,选取水幕流量、液滴粒径、排烟风量、风速为试验因素,设计三水平四因素正交实验方案。利用FDS对隧道火灾进行数值模拟,得到各因素对排烟效果的影响次序及最优组合。结果表明,液滴粒径对隧道火灾温度和能见度影响最大,排烟风量对隧道火灾中CO浓度影响最大。最优参数组合为水幕流量160 L/min、液滴粒径200μm、排烟风量26 m^(3)/s、风速6 m/s。此时,排烟效果明显提高,隧道火灾烟气的蔓延能够得到有效抑制。