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城市浅埋隧道自然排烟竖井临界间距研究

消防科学与技术 2024年第1期43卷 65-69页

作者：王洁王璐姜学鹏武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 武汉科技大学安全与应急研究院湖北武汉430081 武汉科技大学消防安全研究中心湖北武汉430081

竖井间距会改变竖井内外压差,当竖井内外压差为0时,隧道火灾烟气将无法排出,此时竖井对应位置为竖井临界间距。由竖井内外口压差理论分析,给出竖井临界间距理论模型,再采用FDS模拟进行仿真验证。结果表明:设置竖井可明显降低隧道温度,... 详细信息

竖井间距会改变竖井内外压差,当竖井内外压差为0时,隧道火灾烟气将无法排出,此时竖井对应位置为竖井临界间距。由竖井内外口压差理论分析,给出竖井临界间距理论模型,再采用FDS模拟进行仿真验证。结果表明:设置竖井可明显降低隧道温度,竖井间距为临界间距时,温度下降幅度接近150℃,人员疏散路径温度低于60℃,竖井排烟效率在55%~80%,可有效进行竖井排烟;当竖井间距大于竖井临界间距时,隧道内烟气压强小于竖井出口处风压,竖井排烟效率低于50%。

关键词：城市浅埋隧道竖井排烟竖井临界间距模型自然排烟

低气压对竖井自然排烟隧道内火灾烟气层的影响研究

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安全与环境工程 2022年第6期29卷 78-86页

作者：王洁樊勇杰孔晓威姜学鹏武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 武汉科技大学消防安全技术研究所湖北武汉430081 湖北省工业安全工程技术研究中心湖北武汉430081

高海拔地区低气压环境特性对隧道内火灾烟气的运动特性和温度分布产生的影响不容忽视。为研究环境压力对竖井自然排烟隧道内火灾烟气热分层及温度纵向分布规律的影响,通过对环境压力为50~101 kPa的全尺寸公路隧道火灾进行数值模拟,首先... 详细信息

高海拔地区低气压环境特性对隧道内火灾烟气的运动特性和温度分布产生的影响不容忽视。为研究环境压力对竖井自然排烟隧道内火灾烟气热分层及温度纵向分布规律的影响,通过对环境压力为50~101 kPa的全尺寸公路隧道火灾进行数值模拟,首先探究隧道内火灾烟气层的层化强度随环境压力的变化特性;其次分析低气压下火灾烟气的运动及温度分布差异;最后研究隧道火源段内火灾烟气温度纵向衰减的分布规律。结果表明:相比较标准大气压,在环境压力降低的情况下,隧道内火灾烟气温度升高,火灾烟气层的层化强度增强;低压环境下隧道内涡旋结构区域面积减小,火灾烟气层的输运变得更加稳定;隧道火源段内火灾烟气温度的纵向衰减分布规律服从指数函数,其衰减系数随环境压力的降低而增加。

关键词：低气压竖井排烟隧道火灾烟气热分层温度衰减数值模拟

低压环境下竖井自然排烟隧道火灾烟气特性研究

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低压环境下竖井自然排烟隧道火灾烟气特性研究

作者：樊勇杰武汉科技大学

学位级别：硕士

中国西部高海拔地区存在着许多隧道,其周围大气压力低于正常值。高海拔公路隧道较低的环境压力是影响隧道火灾烟气输运及气体组分分布的关键参数。竖井自然排烟是隧道烟气经济、实用、有效的治理方法,因此明确高海拔低压环境边界条件下... 详细信息

中国西部高海拔地区存在着许多隧道,其周围大气压力低于正常值。高海拔公路隧道较低的环境压力是影响隧道火灾烟气输运及气体组分分布的关键参数。竖井自然排烟是隧道烟气经济、实用、有效的治理方法,因此明确高海拔低压环境边界条件下竖井自然排烟隧道内烟气特性的变化规律对于解决现阶段高海拔隧道火灾安全问题而言不可或缺。本文针对低压环境下竖井自然排烟隧道内烟气运动、温度分布及气体组分分布进行理论分析及数值模拟,主要研究工作及成果如下:(1)分析了不同环境压力下的竖井自然排烟隧道内烟气层化强度,揭示了低压环境对火源段内烟气温度衰减的影响规律。对环境压力为50 k Pa～101 k Pa下的竖井自然排烟隧道火灾进行动态模拟,将不同环境压力下模拟结果与前人实验结果进行对比,验证了FDS数值模拟低压环境隧道火灾的可行性;相比较标准大气压,同等火源热释放速率下,当环境压力降低时,隧道内烟气温度升高,烟气的层化强度增加;低压环境中隧道内涡旋结构区域面积减小,烟气层的输运变得更加稳定;火源段内纵向温度衰减服从指数函数分布且衰减系数随环境压力的降低而增加。(2)探明了竖井自然排烟隧道火灾中环境压力对CO浓度空间分布及排烟性能的影响。低压环境会增大烟气CO浓度与温升在竖向及纵向上的分布差异,自然排烟竖井的存在减小了两者的竖向分布差异但会增加两者的纵向分布差异;随着环境压力的降低,竖井的排烟效率会缓慢增加,建立了考虑环境压力及纵向风速下竖井排烟效率的预测模型。(3)阐述了环境压力及竖井高度耦合作用对隧道自然排烟系统中竖井内烟气运动模式的影响,引入吸穿高度的概念来描述吸穿程度。对比分析不同环境压力下竖井发生吸穿时的Ri’数,发现环境压力为60 k Pa时,临界Ri’数降至1.1;当环境压力降低时,由于烟气速度增加,对竖井吸穿起到抑制,吸穿高度降低,据此建立了考虑环境压力的无量纲竖井吸穿高度预测模型。

关键词：低压环境隧道火灾竖井排烟烟气运动一氧化碳

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竖井隧道火灾烟气发展特性和自然排烟研究

竖井隧道火灾烟气发展特性和自然排烟研究

作者：巩建坤中原工学院

学位级别：硕士

十八大以来中国社会经济形式迈向新常态,经济的快速发展,人口的不断增加,对交通的需求量也越来越大,为缓解交通压力,大量的地下隧道进入人们的视线。由于隧道相对狭窄受限的封闭结构特点,一旦发生火灾,如果不能及时通风排烟,大量有毒烟... 详细信息

十八大以来中国社会经济形式迈向新常态,经济的快速发展,人口的不断增加,对交通的需求量也越来越大,为缓解交通压力,大量的地下隧道进入人们的视线。由于隧道相对狭窄受限的封闭结构特点,一旦发生火灾,如果不能及时通风排烟,大量有毒烟雾和高温烟气聚集,增大救援难度,威胁人员生命安全。竖井自然排烟是目前最经济有效的烟气治理方法,因此研究竖井隧道火灾烟气发展特性和竖井排烟的效果具有重要的现实意义。本文运用数值模拟软件建立竖井隧道模型,研究在无风条件下不同环境压强对隧道火灾烟气运动,温度和流场分布以及竖井排烟效果的影响。结果表明:隧道竖井能够排出大量的烟气,有效降低烟气温度,减缓烟气的蔓延速度;火灾烟气蔓延至竖井隧道右侧端口的时间整体比烟气蔓延至隧道左侧端口的时间增长将近7%;相同火灾规模下带有竖井的隧道火灾,烟气蔓延速度随着环境压强的升高而降低,同一时刻下低压环境下烟气蔓延距离大于常压环境下的烟气蔓延距离;环境压强为60k Pa下的烟气最高温度比常压的最高温度高40%左右。火源规模较大时,排烟效率随着环境压强的升高而降低,环境压强对小功率火灾下竖井排烟影响较小。建立隧道火灾临界风速与环境压强的无量纲关系式,通过对比前人实验结果,验证模拟合理性。对于纵向风对隧道火灾烟气运动特性和竖井排烟的效果影响表明:在同一环境压强下,隧道火灾的烟气控制临界风速随着火源规模的增大而增大,在同样的火灾规模下,环境压强为60k Pa区域临界风速比常压环境区域临界风速大20%左右;纵向风能够扰乱隧道烟气的分层,影响竖井的排烟效果;较小的纵向风速下,低压环境烟气层高度总是低于常压环境的烟气层高度,人员向火源上游逃生的最佳纵向风速为2.5m/s;纵向风速较小时,易发生吸穿现象,较大的纵向风能够弱化竖井烟囱效应,但是不利于火源下游人员疏散,合适的纵向风能够增加竖井的排烟效果,排烟效果最佳的纵向风速大小为2m/s。纵向风能够增大竖井排出的气体质量流量,且常压环境下竖井排出的气体质量流量比低压环境竖井排出的气体的质量流量高出40%左右。通过改变竖井高度,研究了常压和低压两种环境下竖井隧道火源上下游温度变化和竖井排烟效果。结果表明:竖井高度对火源上游温度变化影响不大,但对竖井下游烟气温度和烟气层高度变化影响明显,烟气温度和烟气层高度整体随着竖井高度的增加而降低。两种环境下的竖井质量流量整体随着竖井高度的增大而增大,一氧化碳浓度整体随着竖井高度的增大而减小,竖井高度过高不利于竖井排烟。

关键词：隧道火灾环境压强纵向风速竖井高度竖井排烟

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城市浅埋隧道竖井排烟烟气逆流的影响研究

隧道建设（中英文） 2019年第3期39卷 370-377页

作者：姜学鹏吴锦东武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 湖北省工业安全工程技术研究中心湖北武汉430081 武汉科技大学消防安全技术研究所湖北武汉430081

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... 详细信息

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。

关键词：城市浅埋隧道隧道火灾竖井排烟逆流长度量纲分析数值模拟

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障碍物对隧道火灾中竖井自然排烟效果的影响

中国安全生产科学技术 2021年第1期17卷 48-53页

作者：钟委韩宁孙超鹏郑州大学力学与安全工程学院河南郑州450001

为研究障碍物对隧道火灾中竖井自然排烟效果的影响,利用数值模拟方法分析不同的纵向风速和隧道内障碍物所处的不同位置对隧道及竖井内温度场、流场结构的影响,并根据模拟结果计算竖井排出热量。结果表明:随着火源与障碍物纵向距离的改变... 详细信息

为研究障碍物对隧道火灾中竖井自然排烟效果的影响,利用数值模拟方法分析不同的纵向风速和隧道内障碍物所处的不同位置对隧道及竖井内温度场、流场结构的影响,并根据模拟结果计算竖井排出热量。结果表明:随着火源与障碍物纵向距离的改变,在近火源区域,竖井后方会发生吸穿现象;在中间区域,障碍物后方发生边界层分离,烟气层变厚;在近竖井区域,竖井和负压区的耦合作用使烟气层变薄;排出热量随着纵向风速的增大先增加后减少,临界风速为1.5 m/s。

关键词：隧道火灾数值模拟竖井排烟障碍物 FDS

公路隧道相向射流与竖井自然排烟组合烟气控制研究

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消防科学与技术 2020年第3期39卷 344-347页

作者：肖志行杨永斌张轩中国人民警察大学河北廊坊065000 陕西省消防救援总队陕西西安710018

通过开展相似试验,研究在相向射流与竖井自然排烟组合模式下,火源位置、风速和火源功率对烟气控制段长度的影响。试验考虑了3种组况,53种工况,通过改变火源位置、风速和火源功率,分析讨论了不同工况下火源烟气控制段长度。试验表明,增... 详细信息

通过开展相似试验,研究在相向射流与竖井自然排烟组合模式下,火源位置、风速和火源功率对烟气控制段长度的影响。试验考虑了3种组况,53种工况,通过改变火源位置、风速和火源功率,分析讨论了不同工况下火源烟气控制段长度。试验表明,增加上游(距离火源更近端)风速,会导致上游烟气控制段减少;增加下游(距离火源更远端)的风速,烟气控制段长度会受到火源功率、火源位置等多种因素的耦合作用。增大火源功率会增加烟气热浮力,使下游机械风对烟气的影响减弱。

关键词：公路隧道相向射流竖井排烟烟气控制

竖井送风排烟对铁路隧道救援站火灾烟气流动影响控制的研究

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竖井送风排烟对铁路隧道救援站火灾烟气流动影响控制的研究

作者：曾辰西南交通大学

学位级别：硕士

铁路是我国重要的基础设施,其中运营的铁路隧道共有1.6万座,长度达到1.8万km。竖井是铁路隧道重要的通风设施,特别是在遇到特殊情况如火灾时,竖井的通风排烟对火灾烟气控制有着重要作用。本论文建立了缩尺比为1:50的带竖井铁路隧道模型... 详细信息

铁路是我国重要的基础设施,其中运营的铁路隧道共有1.6万座,长度达到1.8万km。竖井是铁路隧道重要的通风设施,特别是在遇到特殊情况如火灾时,竖井的通风排烟对火灾烟气控制有着重要作用。本论文建立了缩尺比为1:50的带竖井铁路隧道模型试验平台,探究了隧道及竖井内活塞风变化规律。同时采用流体动力学软件,分析了着火列车驶入带竖井铁路隧道并停在救援站这一过程中隧道救援站风流场、温度场和烟气场的变化趋势,并讨论了列车车速对其影响。此外,针对着火列车停在救援站后救援站的控烟方案进行分析,得到了以下结论:(1)通过开展运动列车驶入隧道模型试验,探究竖井和隧道断面风速变化规律。研究表明,列车行驶位置与竖井和隧道断面风速变化关系密切,当列车未经过1号竖井时,两个竖井风流均流出竖井;当列车经过1号竖井后,1号竖井后方隧道断面风速开始下降,1号竖井内风流转变为流入竖井;当列车经过2号竖井后,2号竖井后方隧道断面风速开始下降,2号竖井风速也开始下降,但风流方向未改变。(2)通过对比分析模型试验与数值模拟结果,探讨两者的关系。研究表明,隧道及竖井内活塞风变化趋势基本吻合,均与列车行驶位置有关,两者断面风速值最大相差25%,平均相差百分比为9.8%。(3)运用流体动力学软件的动网格技术,模拟了着火列车驶入救援站过程中火灾场景,分析了带竖井救援站风流场变化规律。研究表明,在列车停车前,行车隧道风流方向和横通道风流方向与列车运动位置密切相关;列车停车后,随着停车时间的增长,行车隧道风流均逐渐转为流向竖井,竖井后方横通道风流流向行车隧道,竖井前方横通道风流流向平行隧道。(4)运用流体动力学软件的动网格技术,模拟了着火列车驶入救援站过程中火灾场景,分析了带竖井救援站烟气场和温度场变化规律。研究表明,火源前方行车隧道上超标浓度co和高温温度场蔓延范围先扩大后缩小,火源后方超过50℃温度场范围逐渐增大;平行隧道上竖井后方超标浓度co逐渐朝着救援站入口方向蔓延;超标浓度co和高温横通道数量逐渐增多。(5)竖井和平行隧道两端风机开启后,竖井前方行车隧道风流转为流向隧道入口,平行隧道风流方向转为流向隧道出口,大部分横通道风流流向行车隧道;随着4号竖井送风量的减少和平行隧道两端送风量的提高,只有竖井前方平行隧道风流方向发生转变。(6)竖井和平行隧道两端风机开启后,竖井后方隧道和横通道区域烟气场和温度场有较大改善,不过通风前期人员逃生条件仍不理想;随着4号竖井送风量的减少和平行隧道两端送风量的提高,通风180 s时,当3号竖井排风量为237 m/s,4号竖井送风量为187 m/s,平行隧道两端送风总量为163 m/s时救援站烟气场和温度场控制效果最好,所有疏散横通道以及平行隧道均满足人员逃生要求。(7)根据竖井送排风后救援站烟气流动特性,针对缩短人员逃生的等待时间,建议可以提前开启风机,或适当加大3号竖井排风风量以及将列车火源停靠于竖井联络烟道口三条改进措施,为实际带竖井长大铁路隧道救援站控烟方案提供参考。

关键词：数值模拟铁路隧道救援站竖井排烟控烟策略

隧道纵向通风与竖井排烟协同作用下的火灾烟气特性影响研究

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隧道纵向通风与竖井排烟协同作用下的火灾烟气特性影响研究

作者：邢少帅西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国交通建设的快速发展,隧道火灾安全受到社会和研究学者的广泛关注。山岭隧道较城市公路隧道火灾烟气更难控制、疏散救援难度更大,因此一般辅以竖井进行通风排烟。本研究依托深圳马峦山隧道,基于Froude相似准则搭建1/10缩尺寸竖... 详细信息

随着我国交通建设的快速发展,隧道火灾安全受到社会和研究学者的广泛关注。山岭隧道较城市公路隧道火灾烟气更难控制、疏散救援难度更大,因此一般辅以竖井进行通风排烟。本研究依托深圳马峦山隧道,基于Froude相似准则搭建1/10缩尺寸竖井隧道模型,实验设计0#柴油为燃料,通过改变纵向火源位置、火源热释放速率、隧道纵向风速、竖井机械排烟风速开展隧道纵向通风协同竖井排烟方式下的火灾烟气特性影响研究,该研究对隧道被困人员的疏散和隧道安全营运管理具有重要的现实意义。（一）隧道纵向通风协同竖井自然排烟对火灾烟气运动特性的影响研究该研究共设计126组实验工况,结论如下:（1）较小的纵向风速对火源燃烧速率起到促进作用,但增加风速,燃烧速率逐渐降低;（2）竖井隧道与无竖井隧道顶棚温度变化规律基本相同。但在竖井隧道中,随着火源位置远离竖井,顶棚最高温升位置发生同步移动,且最高温度逐渐增大;（3）考虑竖井的影响分别得到了竖井隧道顶棚最高温升预测模型和竖井隧道顶棚纵向温度衰减模型;（4）竖井下游和竖井内部CO浓度变化规律基本相反,且由于竖井烟囱效应的强弱导致火源位置对竖井排烟能力的影响程度较大。（二）隧道纵向通风协同竖井机械排烟对火灾烟气温度的影响研究该研究共设计99组实验工况,分为两个阶段进行。其中无纵向风条件下,竖井机械排烟对烟气温度的影响研究共27组实验工况,隧道纵向通风协同竖井机械排烟对烟气温度的影响研究共72组实验工况。无纵向风条件下,竖井机械排烟对烟气温度的影响研究结论如下:（1）小尺寸火源燃烧属于燃料控制型,大尺寸火源燃烧属于通风控制型。（2）未开启机械排烟风机,隧道顶棚最高温升较竖井自然排烟时明显下降;较小的机械排烟风速无法控制烟气向竖井下游蔓延,在实际火灾情况下,可适当增大机械排烟风速进行烟控。（3）竖井内烟气温度随着机械排烟风速的增加而增加,同时烟气在竖井内向上运动过程中温度逐渐降低。隧道纵向通风协同竖井机械排烟对烟气温度的影响研究结论如下:（1）由于双重通风作用,火源质量损失速率变化幅度较大,稳定燃烧时间较短,稳定热释放速率较难衡量;（2）当火源尺寸较小,在竖井机械排烟作用下烟气全部经竖井排出,竖井下游无烟气;当火源尺寸较大,纵向风将部分烟气吹向竖井下游。因此,在实际火灾情况下,应先开启竖井机械排烟系统,再开启隧道纵向通风控制烟气逆流。

关键词：隧道火灾竖井纵向通风竖井排烟烟气特性