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小尺寸方形竖槽道火旋风的实验研究及火焰特征

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燃烧科学与技术 2011年第3期17卷 203-208页

作者：杨春英武红梅霍岩哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院哈尔滨150001

为进一步研究火旋风机理,在实验室条件下进行了小尺寸方形竖槽道内的火旋风实验.通过观察实验现象,发现在该槽道内形成的旋转火焰在竖直方向上有明显的分界,根据火焰特征将其在高度上分为3个区域.在匀速旋转坐标系下,对该物理现象进行... 详细信息

为进一步研究火旋风机理,在实验室条件下进行了小尺寸方形竖槽道内的火旋风实验.通过观察实验现象,发现在该槽道内形成的旋转火焰在竖直方向上有明显的分界,根据火焰特征将其在高度上分为3个区域.在匀速旋转坐标系下,对该物理现象进行了深入分析,得出火旋风稳定时旋转火焰的动量方程,进一步分析得到旋转火焰最大轴向速度取决于旋转火焰中心和外围热空气的温度差以及旋转火焰顶端的第3区域火焰长度.同时还得到旋转火焰最大周向速度与最大轴向速度的关系,其取决于油盆半径和旋转火焰顶端主要受浮力作用的火焰长度.

关键词：小尺寸实验火旋风浮力速度

高层建筑环形走廊机械排烟口合理布置优化研究

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工程热物理学报 2018年第10期39卷 2333-2338页

作者：朱毅李思成中国人民武装警察部队学院消防指挥系廊坊065000

合理布置机械排烟口能够有效提高高层建筑疏散走道的排烟效率。采用1/3缩尺核心筒高层建筑烟气流动试验台,研究了排烟口4种不同宽高比和4种不同安装高度对环形走廊机械排烟效果的影响,对比分析了走廊内的烟气温度、烟气蔓延速度和走廊... 详细信息

合理布置机械排烟口能够有效提高高层建筑疏散走道的排烟效率。采用1/3缩尺核心筒高层建筑烟气流动试验台,研究了排烟口4种不同宽高比和4种不同安装高度对环形走廊机械排烟效果的影响,对比分析了走廊内的烟气温度、烟气蔓延速度和走廊能见度。实验结果表明,宽高比为2的机械排烟口的排烟效果最佳;当排烟口上沿距顶棚的距离小于0.3 m时,对人员安全疏散较为有利。研究结论可为高层建筑环形走廊机械排烟系统设计及防排烟设计规范相关参数的修订提供参考。

关键词：高层建筑环形走廊宽高比排烟口高度小尺寸实验

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地下互通式隧道火灾烟气控制模型实验研究

中国安全生产科学技术 2024年第4期20卷 143-150页

作者：程辉航苗瑞锋钟茂华杨秀军龙增陈俊沣清华大学安全科学学院北京100084 山西省高速公路集团有限责任公司山西高速集团朔神有限责任公司山西朔州036000 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083

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... 详细信息

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。

关键词：地下互通式隧道火灾小尺寸实验火灾排烟

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钢铁冶金企业轧机动力电缆防火布耐火性能

消防科学与技术 2018年第5期37卷 663-665页

作者：林彬祁鑫鑫王鹤寿吴磊公安部上海消防研究所上海200032 上海倍安实业有限公司上海200032

选用3种材料和2种厚度的防火布为研究对象,通过小尺寸实验测量火焰温度和防火布包覆下电缆表面的温度,得出温度随时间的变化趋势,并比较不同材料、不同厚度防火布包覆下稳定阶段的平均温度,得出3种防火布的耐火性能和对电缆的保护作用... 详细信息

选用3种材料和2种厚度的防火布为研究对象,通过小尺寸实验测量火焰温度和防火布包覆下电缆表面的温度,得出温度随时间的变化趋势,并比较不同材料、不同厚度防火布包覆下稳定阶段的平均温度,得出3种防火布的耐火性能和对电缆的保护作用。结果表明,陶瓷纤维防火布对电缆的保护作用最好,且厚度增加后,电缆表面温度降幅最明显;其次为石棉纤维防火布,碳素纤维防火布最差。

关键词：防火布小尺寸实验温度耐火性能

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多竖井隧道火灾自然排烟效果研究

多竖井隧道火灾自然排烟效果研究

作者：刘欣郑州大学

学位级别：硕士

城市化进程的加速发展对城市的交通承载力提出了更高的要求,近年来,世界上隧道工程大量涌现,在解决城市交通拥堵问题的同时,也造成了潜在的安全隐患。由于隧道结构狭长且相对封闭的特点,一旦发生重大火灾,如果不能迅速排出隧道内部的高... 详细信息

城市化进程的加速发展对城市的交通承载力提出了更高的要求,近年来,世界上隧道工程大量涌现,在解决城市交通拥堵问题的同时,也造成了潜在的安全隐患。由于隧道结构狭长且相对封闭的特点,一旦发生重大火灾,如果不能迅速排出隧道内部的高温烟气,在受限空间内部迅速集聚的高温有毒有害的烟气,会造成不能及时撤离人员的呼吸窒息或死亡;若火焰直接射击到顶棚,造成顶棚钢筋混凝土结构的损坏,可能导致隧道顶棚因支撑力不够而坍塌,对人员生命安全造成危害,因此隧道火灾事故极易造成大量的人员伤亡和隧道结构损毁。以往的专家学者对竖井排烟进行了大量的科学研究工作,得到了顶棚最高温度、大气压、坡度、热释放速率和纵向风等影响火源燃烧的经验性定量公式;并且还研究了影响竖井排烟的竖井高度、竖井宽度、竖井布置方式等因素,并得出了用于判断不同条件竖井排烟吸穿的Ri值。而前人的工作大都不考虑排烟过程对火源燃烧的影响,把热释放速率设定为定值,然而竖井自然排烟是一个动态变化过渡到稳定的过程,火源燃烧受竖井排烟过程的影响。在实际工程中,竖井排烟常常以竖井组的形式出现,而目前相关研究主要关注单个竖井的排烟效果,未考虑竖井组之间的协同排烟过程。因此本文针对多竖井下的自然排烟,研究了竖井高度、竖井间距、油盘尺寸和竖井位置对火源燃烧和竖井排烟的影响。本文采用1:10小尺寸镜像实验台,研究了单竖井和多竖井在不同竖井位置、竖井高度、竖井间距对火源燃烧的影响。本文的结果表明:多竖井的存在能显著提升油盘的燃烧速率;火源的燃烧功率随竖井高度的增加而增加;而随着竖井间距增大,火源功率先增大后减小;三竖井相对于双竖井,火源功率提升显著,说明三竖井的存在能明显提升燃料的燃烧强度。此外,随着油盘尺寸增大了,竖井自然排烟对火源燃烧的影响减弱;隧道顶棚温度在纵向上呈现指数衰减规律,相比于单竖井和双竖井,三竖井不仅对燃料的燃烧有较强的促进作用,导致更大的顶棚温升,并且三竖井对竖井口附近的高温烟气控制效果也更显著。对于竖井组对竖井排烟的影响表明:当竖井尺寸较大、竖井较高时,会导致竖井发生吸穿影响到竖井的排烟效果。三竖井相对双竖井和单竖井,其能较好的将高温烟气控制在竖井中间,并且其有较大的竖井烟气排放量和较高的CO体积分数。此外,对有多个竖井的竖井口气体质量流量随着距离火源位置的增加成递减趋势。运用理想排烟模型对变竖井高度和变竖井间距的竖井口排出烟气的流量进行定量分析,发现当竖井吸穿或边界层分离现象发生时,不利于烟气的排放,而双竖井和三竖井均能对此有所改善。

关键词：隧道火灾多竖井小尺寸实验竖井高度竖井间距排烟效果

自然通风隧道内火灾烟气运动特性与控制效果研究

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自然通风隧道内火灾烟气运动特性与控制效果研究

作者：叶美娟中国科学技术大学

学位级别：硕士

近几十年来,随着我国经济的飞速发展,城市化进程逐步加快,区域人口增长带来了巨大的交通压力。建设隧道成为缩短交通运输距离,提高交通运输效率,缓解交通压力的重要方式。然而,随着隧道数量和建设里程的不断增加,隧道火灾事故也日益增... 详细信息

近几十年来,随着我国经济的飞速发展,城市化进程逐步加快,区域人口增长带来了巨大的交通压力。建设隧道成为缩短交通运输距离,提高交通运输效率,缓解交通压力的重要方式。然而,随着隧道数量和建设里程的不断增加,隧道火灾事故也日益增多。隧道属于狭长空间,安全出口少,一旦发生火灾事故,高温烟气难以有效排出,将对人员生命和隧道结构造成严重威胁。针对当前隧道火灾研究中存在的一些问题,本文结合小尺寸实验和数值模拟研究方法,对隧道内矩形火源燃烧特性、倾斜隧道内火灾烟气流动及隧道多竖井自然排烟进行了研究。在实际隧道火灾中,由于侧壁和顶棚的影响,火源不能抽象为轴对称火源的情况广泛存在,此时采用轴对称假设得到的理论模型进行火灾发展和烟气运动的预测,将产生较大误差。本文在小尺寸隧道模型试验台开展了一系列实验,研究了矩形气火燃烧特性和顶棚射流特性。通过改变气火的长宽比和摆放方式,分析了这些因素对火焰形态、火焰长度的影响规律,并结合理论分析,建立了考虑火源功率、火源长宽比和放置方式的隧道内矩形气体火的火焰长度的无量纲关系式。分析了矩形火源贴壁时,顶棚下方最高温度及最高温度分布的变化规律。倾斜的公路或铁路隧道是广泛存在的,特别是在山区,倾斜长隧道的火灾风险也引起了广泛关注。本文建立不同长度和坡度的倾斜隧道数值模型,对不同长度和坡度的倾斜隧道内火灾烟气流动特性开展了数值模拟研究。通过关联水平隧道纵向通风速率和倾斜隧道自然通风情况下的入口处烟囱效应诱导风速,定量研究了隧道长度和坡度对顶棚下最高温度及位置和烟气逆流长度的影响规律。随着城市的迅速发展,浅埋型城市交通隧道越来越多采用顶部开口进行自然通风和排烟。考虑到其火灾安全性,竖井自然排烟系统必须提供足够的排烟性能来确保火灾时隧道结构本身及隧道内的人员的安全。本文建立了自然通风隧道的数值模型,隧道模型包括深埋段和竖井自然排烟段,通过改变竖井尺寸(顶棚开口率)和火源功率来研究排烟段对火灾烟气的控制效果。分析了不同竖井尺寸对隧道内烟气质量和热量流率及竖井排烟量的影响。最后,通过对竖井排烟Ri数的计算,验证了Ri数判据在多竖井隧道排烟中的适用性。

关键词：隧道火灾小尺寸实验火焰长度顶棚温度分布数值模拟倾斜隧道自然排烟竖井排烟

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水平开口受限空间火灾热烟气流动研究

水平开口受限空间火灾热烟气流动研究

作者：翟胜兵哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

建筑物发生火灾时,起火房间与外部环境之间的气体交换对火灾发展具有重要影响,而房间壁面的开口是热烟气和冷空气的交换通道。建筑物的开口通常分为水平开口和竖直开口两类。人们对于竖直开口房间火灾研究的比较多,也比较成熟,而对于水... 详细信息

建筑物发生火灾时,起火房间与外部环境之间的气体交换对火灾发展具有重要影响,而房间壁面的开口是热烟气和冷空气的交换通道。建筑物的开口通常分为水平开口和竖直开口两类。人们对于竖直开口房间火灾研究的比较多,也比较成熟,而对于水平开口的研究非常少。烟气流过水平开口时不仅有压力作用还有浮力作用,其复杂的流动机理有待进一步研究。本文介绍了目前对水平开口受限空间火灾的研究现状,总结了水平开口受限空间的研究方法。并且给出了竖直开口流动模型及部分水平开口流动模型,指出了两种开口处流动区别。影响水平开口处流动的主要因素有：开口处上下方的压力差,开口处上下方的温度差和开口的高宽比。本文旨在研究水平开口处的浮力流,不研究压力差的影响。本文用FDS场模拟软件模拟了水平开口处的三种流动情形,一种是用油池火作火源,一种是用加热器模拟火源,最后一种直接给定上下空间的温度。第一种情形模拟出水平开口瞬时单向流动,开口处的温度和流量在一段时间后呈稳定振荡特性,振荡频率随火源热释放速率的减小而减小。第二种情况结果表明开口处只会出现双向流动,开口处的流量及温度随时间振荡,但振荡并不稳定。第三种情形模拟了水平开口纯浮力流动,结果得出水平开口处的流动是高瞬态流动且不稳定的,开口处的温度和流量呈间歇性振荡特性。模拟结果与前人研究结果吻合。本文用两个小尺寸水平开口箱体对水平开口房间火灾问题进行了实验研究,箱体分别为长方体箱体和正方体箱体,结果得出油池火在水平开口箱体内燃烧的火焰高度比自由燃烧时稍高,而且会出现一种层状火焰,与自由燃烧时相比火焰燃烧的时间随开口的减小而增加。在长方体箱体实验中,油池在边角时比在正中时更不易燃烧,但能更好的形成烟气层,箱体内温度随高度增加而增加,而正方体箱体内温度却不随高度增加而增加,经分析可能是由于正方体箱体的封闭性不严导致的。两组实验中开口处的温度都随时间振荡,表明开口处烟气流动的不稳定性。本文研究结果可以为水平开口受限空间火灾的研究提供一定的参考,对了解烟气流过水平开口的特性有实际意义。

关键词：水平开口浮力流小尺寸实验 FDS

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地铁区间隧道火灾烟气流动特性研究

地铁区间隧道火灾烟气流动特性研究

作者：陶刚重庆大学

学位级别：硕士

随着我国经济持续高速增长,地铁已成为我国大中型城市的重要交通工具之一。同时,地铁火灾事故的频繁发生,给社会带来了灾难性的损失。地铁区间隧道火灾不完全燃烧释放出大量的高温有毒烟气,不仅会破坏隧道结构的整体稳定性,而且是导致... 详细信息

随着我国经济持续高速增长,地铁已成为我国大中型城市的重要交通工具之一。同时,地铁火灾事故的频繁发生,给社会带来了灾难性的损失。地铁区间隧道火灾不完全燃烧释放出大量的高温有毒烟气,不仅会破坏隧道结构的整体稳定性,而且是导致人员死亡的最主要因素。因此,研究地铁区间隧道火灾的烟气流动特性具有重要意义。本文在总结国内外隧道火灾烟气流动特性研究经验和成果的基础上,以重庆市科委项目“地铁隧道火灾烟气控制理论研究”(CSTC2009BB6193)和重庆市公安局科研项目“地铁火灾烟气流动与人员疏散仿真”为依托,选取重庆某地铁区间隧道作为原型,根据弗诺德模型建立了长度为15m,比例为1:10的小尺寸地铁区间隧道模型实验台(由区间隧道和排烟风道组成,区间隧道纵向断面尺寸为480mm×540mm;排烟风道断面尺寸为480mm×160mm),并在其内开展火灾试验。同时运用数值模拟软件FDS建立地铁区间隧道原尺寸模型并对火源热释放速率对地铁区间隧道火灾烟气蔓延特性的影响进行了模拟计算。本文主要工作和研究结果如下: 1)根据弗诺德模型(Froude-number Model)建立了由区间隧道和排烟风道组成的1:10缩尺寸地铁隧道模型;并对实验台内的温度测试系统、速度测试系统以及送风风机和排烟风机进行了调试。 2)研究了不同火源功率、不同纵向送风速度与烟气逆流长度的关系,并通过数据拟合推出烟气逆流层长度与火源功率Q和纵向送风速度u的三次方的比值的自然对数成正比的关系式L=(34.4Ln((QH)/u)-12.64)。 3)通过对数值模拟、小尺寸实验得出的不同火源热释放速率下的临界风速值进行幂指数拟合及理论分析提出临界风速与火源热释放速率的1/3次方成线性关系的预测公式( v = 0.769Q+0.046)并提出Kennedy模型和Wu Y模型的临界风速理论值偏小。本文采用数值模拟软件FDS与相似模型实验相结合的方法,对地铁区间隧道火灾烟气的流动与控制规律进行了研究,其研究成果为确保地铁安全运营和火灾烟气控制提供了初步的理论依据。

关键词：烟气流动临界风速区间隧道火灾小尺寸实验数值模拟

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基于FDS的矿井外因火灾数值模拟研究

基于FDS的矿井外因火灾数值模拟研究

作者：邢震西安科技大学

学位级别：硕士

矿井外因火灾多发生在风流通畅的地点，火势发展迅速，如果扑救不及时，不仅煤炭资源和矿井设备被烧毁，造成采煤工作面甚至矿井封闭与停产，还可能引起瓦斯、煤尘、水煤汽爆炸或火烟毒化矿井，酿成人员伤亡的重大恶性事故。本文采用实... 详细信息

矿井外因火灾多发生在风流通畅的地点，火势发展迅速，如果扑救不及时，不仅煤炭资源和矿井设备被烧毁，造成采煤工作面甚至矿井封闭与停产，还可能引起瓦斯、煤尘、水煤汽爆炸或火烟毒化矿井，酿成人员伤亡的重大恶性事故。本文采用实验及数值模拟相结合的方法，对矿井发生外因火灾时烟气的流动特性、温度场、压力场、有毒有害气体浓度等的分布规律作了研究，为矿井发生火灾时救援和人员疏散提供参考。通过巷道火灾小尺寸模型实验对单一水平巷道内发生火灾的情形进行实验研究，记录了火灾时期不同断面不同测点的温度传感器的温度变化情况，并研究了顶棚射流温度的纵向分布规律;通过FDS软件设置同比例模型，以N-S方程为基础，引入浮力修正的k湍流模型、燃烧模型、辐射换热模型，建立了适合描述巷道内烟气流动规律和温度、有毒有害气体浓度分布规律等的计算模型，并优化了网格划分方式，对巷道内火灾进行数值模拟，得到了与实验相吻合的结果。建立了水平巷道数值模拟模型，分别研究了火源热释放速率最大时(120s)，CO浓度和温度在不同位置的分布规律，其中沿巷道方向，火源上风向CO浓度随着距离的增大，逐渐减小，且减小的幅度大于下风向，温度的衰减幅度大于CO浓度的衰减幅度;垂直巷道方向上，由于烟气层的影响，CO浓度和温度从上到下均递减;研究了一段下山通风倾斜巷道内发生火灾的情况，对发生风流逆转的情况进行模拟，分析了火源上方及两侧风压和速度的变化情况，并研究了火风压影响因素，火风压随着火源热释放速率的增大而增大，随着角度的增大而增大，其中角度对火风压的影响最大，风速对火风压影响不大;研究了独头平巷中部时发生火灾采取封闭措施时巷道内的各物理参数变化情况，包括CO浓度，O浓度，风压变化，温度变化等，研究表明，火源附近CO最大达0.2%，火区封闭前最大风压为23Pa，封闭火区后风压骤增，最高达650Pa。进行了采煤工作面火灾情况下局部反风的数值模拟实验，对比了火源在进风巷不采取反风措施以及采取反风措施时各巷道的温度场分布、烟气流动、可见度等情况;通过数值模拟，研究了在煤矿井口房火灾情况下，采取全矿井反风措施时竖井内的风压、温度、速度等的变化情况，以及井底车场、巷道内的气体浓度、温度等的分布情况。

关键词： FDS 外因火灾小尺寸实验温度有毒有害气体