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管廊中不同横向位置线性火源温度场分布研究

消防科学与技术 2020年第5期39卷 604-607页

作者：徐刚朱国庆褚天巍中国矿业大学城市地下空间火灾防护江苏省高校重点试验室江苏徐州221116 中国矿业大学公共安全与消防研究所江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

为研究不同横向位置线性火源在管廊内的温度分布,将线性火源分别设置在距管廊中心0、20、40、60 cm的横向位置,开展缩尺寸管廊模型试验。研究发现,各工况的纵向温度均随时间增加先增高后降低再升高;最高温度在线性火源距中心的横向距离... 详细信息

为研究不同横向位置线性火源在管廊内的温度分布,将线性火源分别设置在距管廊中心0、20、40、60 cm的横向位置,开展缩尺寸管廊模型试验。研究发现,各工况的纵向温度均随时间增加先增高后降低再升高;最高温度在线性火源距中心的横向距离增大过程中先下降后升高,达到最高温度的时间也先增加后缩短;弧形管壁对火源燃烧存在一定影响;在距管廊中心0 m横向截面处的各工况均在其垂直方向上的角度达到最高温度;在距管廊中心0.5 m横向截面中,各工况最高温度对应的角度均为15°;在火源距管廊中心的横向距离增大时,-45°〜45°区间的温升差距增大。

关键词：综合管廊线性火源缩尺寸模型纵向温度场横向温度场

贴壁线性火源在综合管廊电缆舱中的火灾行为研究

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消防科学与技术 2022年第4期41卷 440-443页

作者：刘欣朱国庆王璞璠徐刚中国矿业大学城市地下空间火灾防护江苏省高校重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学公共安全与消防研究所江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

在缩尺寸管廊模型中进行电缆火灾试验,在距离管廊底部15,45,75,105 cm处贴壁放置线性火源,研究贴壁线性火源在不同高度处的火灾行为。通过试验分析发现,与点火源不同,线性火源的热释放速率随着高度的增加而减小;对有效火焰高度进行修正... 详细信息

在缩尺寸管廊模型中进行电缆火灾试验,在距离管廊底部15,45,75,105 cm处贴壁放置线性火源,研究贴壁线性火源在不同高度处的火灾行为。通过试验分析发现,与点火源不同,线性火源的热释放速率随着高度的增加而减小;对有效火焰高度进行修正,通过拟合得到有效火焰高度的预测式;对羽流区和射流区的横向温度分别进行分析,得到横向羽流区和射流区的温度分布预测式。

关键词：综合管廊线性火源热释放速率火焰高度横向羽流温度分布

坡度条件下线性火源火焰贴地行为及热流分布研究

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坡度条件下线性火源火焰贴地行为及热流分布研究

作者：李权中国科学技术大学

学位级别：硕士

火灾在蔓延过程中,时常会受到环境风及坡度条件的影响,从而引发火蔓延加速的现象,增加了火灾扑救难度并威胁到消防员的生命安全。环境风及坡度条件都会促使火焰往下游倾斜并附着于地表,导致火焰接触到下游未发生燃烧的可燃物,增加可燃... 详细信息

火灾在蔓延过程中,时常会受到环境风及坡度条件的影响,从而引发火蔓延加速的现象,增加了火灾扑救难度并威胁到消防员的生命安全。环境风及坡度条件都会促使火焰往下游倾斜并附着于地表,导致火焰接触到下游未发生燃烧的可燃物,增加可燃物接收到的热通量,并将其引燃,进一步增大火势。对于不同坡度条件下的火灾研究,前人大多使用单一火源探究不同坡度对火焰燃烧动力学特征参数的影响。在实际火灾场景中,坡地火灾的燃烧会受到环境风的影响,并时常涉及多个火源同时燃烧。然而,目前关于环境风及斜坡耦合作用下的火焰燃烧行为的研究,或是坡度条件下多火源燃烧行为的研究都较为匮乏。本文利用可变角度实验台,采用丙烷作为燃料,开展了环境风和斜坡耦合作用下火焰燃烧行为及斜坡双火源燃烧行为的实验研究。对于环境风及斜坡作用下的火焰燃烧行为,研究了在环境风及坡度条件耦合作用下火焰形态的演化及下游总热流分布。研究发现火焰贴地长度随环境风速及斜坡角度的增大而增大,并且在小角度(0°-20°)情况下环境风速对火焰贴地长度影响较大,在大角度(30°-50°)时影响较小;发现在大多数工况下热流随着下游距离的增加先增大后减小。基于环境风速、空气卷吸以及羽流浮力的物理机制分析,提出了环境风作用下斜坡上火焰形态的理论模型,并在火焰贴地长度的基础上构建了总热流分布模型。对于斜坡双火源燃烧行为,利用对称功率的双火源,研究了坡度条件下双火源燃烧的火焰形态及下游总热流分布随火源间距及坡度的演变规律。阐明了下游火焰贴地长度随燃烧器间距增加而减小,随斜坡角度及热释放速率的增加而增大;以及总热流随着下游距离的非单调变化规律。观察发现当斜坡角度从0°逐渐增大到40°时,下游火焰呈现出了三种状态,即往上游倾斜、保持竖直、往下游倾斜。在斜坡单个火源火焰贴地长度模型的基础上建立了斜坡双火源燃烧时下游火焰贴地长度的预测模型,并结合下游火焰贴地长度及斜坡角度,提出了下游总热流分布模型。

关键词：斜坡环境风火焰贴地长度多火源热流分布线性火源

基于不同尺寸管廊模型实验的线性火源火灾特性分析及灭火方法研究

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基于不同尺寸管廊模型实验的线性火源火灾特性分析及灭火方法研究

作者：徐刚中国矿业大学

学位级别：硕士

伴随着我国经济的快速发展,国家对于城市基础设施的建设愈加重视。综合管廊作为城市的“生命线”,有效利用了城市地下空间,在保证城市高效运行方面中扮演着重要角色,但其火灾危险性也不容小觑。综合管廊一旦发生火灾,热烟气的积聚将导... 详细信息

伴随着我国经济的快速发展,国家对于城市基础设施的建设愈加重视。综合管廊作为城市的“生命线”,有效利用了城市地下空间,在保证城市高效运行方面中扮演着重要角色,但其火灾危险性也不容小觑。综合管廊一旦发生火灾,热烟气的积聚将导致管廊空间内的温度大幅度升高,易导致灾情扩大,造成严重的经济损失。电缆火灾是综合管廊中主要的火灾类型之一,由于电缆管线火灾的线性特征,基于轴对称火羽流建立的火灾动力学模型不能直接应用于综合管廊电力舱室火灾。因此,基于电缆形状特征衍生的线性火源火灾亟需开展研究。本文将理论分析与模型实验相结合,揭示弧形顶棚和线性火源位置对于顶棚温度场分布、热释放速率以及平均火焰高度的耦合作用,探究了线性火源在不同灭火方法作用下的火灾发展规律,并对比分析了不同灭火方法的灭火效果。主要工作和结论如下:基于缩尺寸管廊平台开展封堵火灾实验,对不同开口条件下线性火源的热释放速率演化规律进行研究,并建立起纵向温度分布和顶棚下最高温升的预测公式。研究发现当火源贴近侧壁时,火焰会受到侧墙限制而发生“弯折”现象,并沿着弧形壁面形成扩展火焰。本文综合考虑了侧壁对燃烧的限制作用和热反馈作用,得到不同横向位置火源热释放速率的演化规律。基于前人预测纵向温度分布公式,通过对其中的顶棚有效高度进行修正,推导出预测不同尺寸线性火源纵向温度分布的经验公式,并引入代表不同开口情况的封堵系数,验证了利用封堵系数预测管廊一端封闭时温度的准确性。基于量纲分析,得到了适用于管廊两端开启和一端封闭状态下,预测顶棚下最高温升的无量纲经验公式。经验证,经验公式的预测值和实际值的误差在13%以内。基于不同氧浓度环境和液氮灭火作用下的管廊火灾实验,对不同氧气浓度条件下火源热释放速率和横向温度的演化规律进行研究,建立起横向温度分布的预测模型,并将液氮灭火和防火封堵方法的灭火效果进行对比,得出更适用于扑灭管廊火灾的灭火方法。研究发现随着氧气浓度的降低,同高度火源的火焰高度会小幅度增加。本文通过计算燃烧前后管廊内氧气浓度差,基于氧耗原理计算出火源的燃烧效率及热释放速率,并证明其结果与基于热失重法计算热释放速率的结果具有一致性。实验对顶棚横向温度分布也进行了研究,发现在横向截面内存在一临界角度,横向温度在临界角度以下骤降至室温,并提出了预测顶棚横向温度的无量纲经验公式。基于量纲分析,结合氧浓度对温升的影响,本文提出了不同氧浓度下无量纲温升的预测公式。通过开展液氮灭火实验,并和防火封堵实验的灭火效果进行了对比,实验发现液氮灭火方法明显缩短了火源燃烧时间,并使温度衰减速率增快。但在较低氧浓度下,防火封堵措施的灭火效果优于液氮灭火。基于全尺寸管廊火灾实验复现了缩尺寸管廊火灾场景,验证了缩尺寸管廊内的实验结论,包括线性火源随着位置变化,热释放速率、火源高度等燃烧参数的演化规律,以及验证了纵向温度预测公式的适用性,预测值的相对误差范围在10%以内。本文的研究成果可以为盾构式管廊内砌衬结构防火设计、火灾报警和火灾探测系统的设计安装提供参考。对综合管廊火灾的灭火方法选择具有指导意义。该论文有图44幅;表13个;参考文献64篇

关键词：管廊模型实验线性火源燃烧参数温度场分布灭火方法

低压条件下线性浮力主控湍流扩散射流火焰行为实验研究

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工程热物理学报 2024年第9期45卷 2831-2838页

作者：袁依琳张晓磊胡隆华中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

本文利用不同线性比的燃烧器,以丙烷为燃料,开展了不同压强条件下浮力主控扩散射流火焰燃烧实验,研究了火焰高度和火焰振荡频率随燃烧器线性比、环境压强和热释放速率的演化规律。实验结果表明:火焰高度随燃烧器线性比的增加而降低,随... 详细信息

本文利用不同线性比的燃烧器,以丙烷为燃料,开展了不同压强条件下浮力主控扩散射流火焰燃烧实验,研究了火焰高度和火焰振荡频率随燃烧器线性比、环境压强和热释放速率的演化规律。实验结果表明:火焰高度随燃烧器线性比的增加而降低,随压强的减小而增大,随热释放速率的增加而增大,而火焰振荡频率随燃烧器线性比的增加而略微减小,随压强的增加而增大,与热释放速率的相关性不大。基于空气卷吸机制分析,以及斯特劳哈尔数(St)和弗劳德数(Fr)之间的无量纲关系,建立了耦合环境压强影响的线性火源火焰高度与火焰振荡频率无量纲模型。

关键词：低压条件线性火源火焰高度火焰振荡频率射流火焰

城市地下管廊防火分区及封堵特性对线性火羽流行为特征的影响机理研究

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城市地下管廊防火分区及封堵特性对线性火羽流行为特征的影响机理...

作者：孙消消中国矿业大学

学位级别：硕士

城市地下综合管廊是将电力、通信,燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体,实施统一规划、设计、建设和管理,保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。截止2022年6月,我国已在279个城市、104个县累计开工建设地下综合管廊项目1647... 详细信息

城市地下综合管廊是将电力、通信,燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体,实施统一规划、设计、建设和管理,保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。截止2022年6月,我国已在279个城市、104个县累计开工建设地下综合管廊项目1647个、长度5902公里,形成廊体3997公里。地下综合管廊内部敷设了高密度电缆,当电缆发生短路、过载、电弧击穿时,会形成线性火源,火蔓延迅速,释放出大量有毒有害烟气,造成城市大面积的停电,进而造成严重经济损失。目前,线性火羽流行为特性尚不明晰,而火源形状、火源竖向位置、封堵率、防火分区长度等都会影响线性火羽流的发展趋势,多因素耦合作用下的综合管廊线性火羽流行为亟待深入研究。本文通过实验研究与理论分析相结合的方法研究了不同防火分区、封堵特性及竖向火源位置对综合管廊内线性火羽流行为的影响。设置长1.9 m、宽4 cm的线性火源,搭建综合管廊火灾实验平台,通过改变综合管廊两端对称封堵率、火源竖向位置、防火分区长度等,获得顶棚烟气最高温升、顶棚烟气纵向温度分布、线性火源质量损失率、热释放速率等关键特征参数,揭示了多因素对综合管廊内线性火羽流特性的耦合影响规律及其相互作用机制,建立了不同因素耦合作用下综合管廊顶棚下无量纲最大温升预测模型和综合管廊顶棚中心线下纵向温度衰减预测模型,并通过相关实验结果验证了模型预测的可靠性。主要研究内容及成果如下:(1)实验研究了不同封堵率和竖向火源位置对综合管廊内线性火羽流行为的耦合影响规律。通过分析,线性火羽流发展过程可以分为8个阶段,各个阶段的火焰高度、形态和颜色各不相同;当线性火源位于01位置(距离顶棚最近位置)和03位置(距离顶棚最远位置)时,封堵率对线性火源明火持续时间的影响不显著。而当线性火源位于02位置(中间位置)时,明火持续时间会随着封堵率的增大而减小;管廊各个测点的最高温度始终出现在100%封堵工况下;线性火源的质量损失率均会随着封堵率的增大而增大;线性火源的热释放速率会随着封堵率的增大先减小后增大。当线性火源位于01位置时,热释放速率在封堵率为50%时最小;当线性火源位于02、03位置时,热释放速率在封堵率为75%时最小。通过量纲分析,本文建立了线性火源竖向位置和封堵率耦合作用下的综合管廊顶棚无量纲最大温升预测模型,通过实验值与预测值的比较验证了该预测模型的可靠性,预测误差基本小于5%,在可接受的范围内;在狭长受限空间温度纵向衰减理论的基础上,综合考虑线性火源竖向位置和封堵率,建立了不同线性火源竖向位置、封堵率耦合作用下的综合管廊顶棚中心线下纵向烟气温度衰减预测模型,预测结果和实验结果符合良好,预测误差基本小于10%,在可接受的范围内。(2)实验研究了不同封堵率和防火分区长度耦合下综合管廊线性火羽流行为。在封堵率为80%及以上时,线性火源的火焰处于极不稳定状态,脉动、震荡幅度很大;在不同防火分区条件下,线性火源的明火持续时间均会随封堵率的增大先上升再下降。明火持续时间均在20%封堵率下最大;对于线性火源中心正上方的温度测点,当防火分区为4 m、6 m时,80%和100%封堵条件下的温度曲线都会在达到最高温度时立刻下降,而其他封堵条件下,温度曲线都会出现双峰值。距离综合管廊顶棚越远,两个峰之间的大小差异越来越小。80%、100%封堵时的温度上升速度始终最快,其他封堵率下,温度下降速度始终最慢;在不同防火分区条件下,各个封堵率时的质量变化均有两个稳定期,且前者的质量损失速率远小于后者。线性火源的热释放速率均会随封堵率的增加先减小再增加。线性火源的热释放速率始终在20%封堵时最小;当防火分区为4 m、6 m时,综合管廊顶棚最高温度均会随封堵率的增大而先增大后减小。当防火分区为8 m、10 m时,最高温度都会随着封堵率的增大而先减小再增大,在80%封堵之后再减小。防火分区为6 m时的顶棚最高温度始终为最大值。通过量纲分析建立了线性火源竖向位置和封堵率耦合作用下的综合管廊无量纲顶棚最大烟气温升预测模型,通过实验值与预测值的比较验证了该预测模型的可靠性,预测误差基本小于10%,在可接受的范围内;在狭长受限空间温度纵向衰减理论的基础上,综合考虑防火分区长度和封堵率,建立了不同防火分区长度、封堵率耦合作用下的综合管廊顶棚中心线下纵向烟气温度衰减预测模型,模型预测结果和实验结果符合良好,预测误差基本小于10%,在可接受的范围内。本文的研究结果可为综合管廊消防规范完善、火灾风险评估与消防设计提供理论参考与指导。

关键词：城市综合管廊封堵特性防火分区火源竖向位置线性火源

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二维线性烟气羽流质量流率的测量

火灾科学 1995年第S1期4卷 2-6页

作者：袁理明中国科学技术大学

本文采用在线性火源的上方加一集烟罩的方法，通过测量排烟管道出口处速度分布来确定二维线性烟气羽流的质量流率，实验分自然排烟和机械排烟两种情况进行。实验结果与理论分析得到的计算结果进行了对比，结果表明，在工程设计允许的范... 详细信息

本文采用在线性火源的上方加一集烟罩的方法，通过测量排烟管道出口处速度分布来确定二维线性烟气羽流的质量流率，实验分自然排烟和机械排烟两种情况进行。实验结果与理论分析得到的计算结果进行了对比，结果表明，在工程设计允许的范围内，二维线性烟气羽流的质量流率用公式计算较为合理，其中常数Ｃ＿ｍ的取值为０．４８～０．５１。

关键词：线性火源烟气羽流质量流率