国内外烟气蔓延规律研究对比论文

火灾的蔓延主要与热对流、热辐射和热传导等3种热传播形式有关。热对流是由于热空气上升，周围冷空气补充而在燃烧区上方形成对流烟柱。可集聚燃烧的热量近3/4。它在强风的作用下，往往是使地表火转为树冠火的主要原因。热辐射是地表火蔓延的主要传热方式。它以电磁波的形式向四周直线传播，其传热与热源中心平方距离成反比。热传导是可燃物内部的传热方式，其传热快慢决定于可燃物导热系数的大小，是地下火蔓延的主要原因。火的蔓延速度和风速的平方成正比，在山地条件下，由下向上蔓延快，火势强，称冲火;由山上向下蔓延慢，火势弱，称坐火。蔓延速度最快、火势最强的部分为火头;蔓延速度最慢与火头方向相反的部分为火尾;介于火头与火尾两侧的部分为火翼。接近火头部分的火翼蔓延较快，而接近火尾的火翼部分蔓延较慢。在平坦地，无风时火的初期蔓延形状为圆形或近似圆形;大风时则为长椭圆形，其长轴与主风方向平行;在主风方向不定时(30°～40°变化)常呈扇形。在山岗地形蔓延时，火向两个山脊蔓延较快，而在沟谷中蔓延较慢，常呈凹形或鸡爪形。

在火场中间的浓烟的危害。如消防队员在进行灭火与救援时同样要受到烟气的威胁。烟不仅有引起消防队员中毒、窒息的可能性，还会严重妨碍他们的行动。 弥漫的烟雾影响视线，使消防队员很难找到起火点，也不易辨别火势发展的方向，灭火难以有效地开展。同时，烟气中某些燃烧产物还有造成新的火源和促使火灾进一步发展的危险；带有高温的烟气 会因气体的热对流和热辐射而引燃其他可燃物。以上情况均可导致火场的扩大，给扑救工作加大难度。

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地铁作为重要的交通工具在许多大中城市投入使用,然而,地铁一旦发生火灾,高温烟气严重威胁着人们的交通环境安全。火灾时,地铁机械防排烟系统快速探测火灾,迅速启动,有效排出高温有害烟气,能够为人员疏散和灭火救援提供有利条件。因此,研究火灾情况下,地铁机械防排烟系统不同运行模式下,地铁站台区间烟气蔓延流动规律,进而对比不同工况防排烟系统工作效率,对地铁机械防排烟系统性能化设计提供一定的指导与依据,并可为地铁火灾的控制优化提供辅助与决策,具有重要的实际意义。本文以西安地铁二号线典型站纬一街车站为研究对象,通过对地铁火灾烟气特征和防排烟系统的分析,利用FLUENT软件,建立地铁车站站台火灾烟气物理模型,选定计算公式,确定边界条件,从而模拟研究不同工况条件下,站台层、站厅层的烟气蔓延流动规律,分析不同工况下防排烟系统工作效率,并通过实测数据验证现有防排烟系统设计的安全有效性。研究结果表明,站台层起火或者站厅层起火时,现有防排烟系统工作模式对有效排出烟气效果不一致;站台层火灾时,增加防排烟口之间距离或者减少防排烟口之间距离对排烟功效作用影响甚微;而工况一与挡烟垂壁作用,阻挡烟气蔓延流动的效率大于工况二与挡烟垂壁的效率;增加防排烟口数量,减少防排烟口单位面积排烟速率,同时减少防排烟口之间距离,与挡烟垂壁共同作用,阻挡烟气蔓延流动的效率大于工况一的工作效率;站厅火灾时,增加防排烟口之间距离的工作模式,更加有利于排出高温有害烟气,更利于人员安全疏散与灭火救援。

1 引言在地铁火灾事故中，造成人员极大伤亡的主要原因在于火灾烟气控制系统没能有效地控制烟气蔓延以及没能有效地组织人员疏散。我国规范虽然对地铁烟控系统有要求，但烟控系统的有效性和经济性很难估量，因此运用性能化设计的思想，借助火灾研究领域得到较好应用的 FDS (Fire DynamicsSimulator)模拟地铁车站的三维烟气流场，对地铁车站火灾烟气的蔓延情况及烟气控制系统对烟气的控制效果进行研究，提出性能化的地铁烟控系统模式。2 模型建立 几何模型本文针对北京地铁某典型车站的结构形式，如图 1 所示：下层的岛式站台通过两端的楼梯与上层两端的站厅连接，一端站厅有一个出口 B 通道通向室外地面，另一端站厅有两个出口 A、C 通道通向室外地面。出口 A、B 的通道截面均为 4m×3m，出口 C 的通道截面为 5m×3m。整个车站长 163m，宽 ，中部站台高 ，两端站厅高3m。连接站台和站厅的两个楼梯上方的顶棚下设有 高 L 型的挡烟装置 SBW (Smoke BlockingWall)，并各有两个 1m×1m 的机械排烟口 SEG(SmokeEvacuateGate)。 数学模型采用美国国家标准局(NIST)建筑与火灾研究实验室(BFIL)开发的火灾动态模拟软件 进行数值计算,基本方程如下[1]：连续方程：采用混合分数燃烧模型和大涡湍流模型 LES(LargeEddySimulation),设定火源为稳定庚烷火，热释放功率 5MW。采用 LES 模型允许的最大网格尺寸为火灾特征直径 的 1/10[1],由前面条件设定得 D*=，故网格尺寸取 ，为提高模拟准确度，火源和风机处局部加密取 ，整个车站计算区域的总网格数为 82236 个。 边界条件三个出口连通外界大气，外界 1 个标准大气压，温度 20℃。每个机械排烟口风量 55m3/s。由于隧道中部的区间风机离车站较远，风阻较大，有关实测其对站台风速一般小于 1m/s[2],故忽略其对车站火灾烟气的影响，另外也没有考虑外部风和列车活塞风的影响。 有效性验证将只有左端两个排烟口排烟时现场实测的各截面上风速平均值与同样工况下的 FDS模拟结果比较，如图2所示，二者相吻合，因此用FDS在上述设定条件下可以较好的反映火灾烟气流场的真实情况。3 无机械排烟的模拟结果与分析图 3￣ 图 7 中,左边为温度标尺，单位℃；右边为速度标尺，单位 m/s。中间分别是站厅层 H= 高度处，车站 中 轴 Y=11m 截 面 上 的 t=60s、180s、360s 时的烟气 粒 子 分 布 和 温 度 场 (temp)，速度场(vel)。温度场中的黑点是用来显示烟气运动情况的烟气跟踪粒子。其中 为人眼特征高度[3]。《 地铁设计规范》中要求6min内将人员撤离站台，因此重点研究了360s时能否满足疏散要求的情况。如图 3￣ 图 5 所示，火源分别设在左、右站厅和中部站台，研究在没有任何机械排烟的情况下，由火焰浮力作用、膨胀力作用和烟囱效应驱动下的烟气蔓延情况。 左站厅着火无机械排烟图 3 中，火源处火焰浮力羽流上冲，由于靠近墙壁，空气只能从没有墙壁的方向卷吸进入羽流，致使火焰向左侧墙壁偏斜[4]；由于内外温度差导致密度差引起烟囱效应[4]，烟气粒子沿着墙壁从左站厅的出口B 排出，没有扩散到站台中部，同时由于火焰羽流上部的膨胀作用和下部的卷吸作用，形成车站上层的向右气流和车站下层的向左气流，并通过右站厅两出口 A 和 C 补气，形成保证人员向右疏散的新鲜气流。出口 A、C 的温度、风速完全可以满足疏散要求。 右站厅着火无机械排烟图 4 中，火源处火焰浮力羽流上冲，同样由于靠近墙壁，火焰向右侧墙壁偏斜；由于烟囱效应，大部分烟气粒子沿着墙壁从右站厅的出口通道面积较小的出口 A 排出，没有扩散到站台中部，同样由于膨胀作用和卷吸作用，形成车站上层的向左气流和车站下层的向右气流，并通过左站厅出口 B 补气，形成保证人员向左疏散的新鲜气流。出口 B 的温度、风速完全可以满足疏散要求。 中部站台着火无机械排烟图 5 中，火源处火焰浮力羽流竖直上冲，碰到顶棚产生射流，同时由于火焰羽流上部的膨胀作用和下部的卷吸作用，形成车站上层的流向两端的气流和车站下层的流向中间的气流，但下层气流速度较小，由于烟囱效应，热烟气向两端蔓延，注意到大部分烟气粒子向只有一个出口的左厅蔓延，在到达两端的楼梯处发生沉降弥散，笼罩两端楼梯和站厅，结合 图 8，左 右 出 口 的 疏 散 路 径 上 都 不 能 达 到NFPA130 中规定的温度不超过 60℃能见度不低于10m 的要求[5]，阻止人员疏散。4 机械排烟的模拟结果与分析由前面分析知中部站台着火为最危险的情形，需要进一步研究。如图6～图7所示，火源仍设在中部站台，分别研究排烟风机单独排烟时和加装挡烟装置配合排烟风机排烟时，对火灾烟气蔓延的控制效果。 中部站台着火有机械排烟无挡烟装置图 6 中，烟气向两端楼梯和站厅蔓延，在楼梯处被排烟风机排出，但由于三个出口补风形成的气流扰乱了楼梯处的烟气而造成弥散，笼罩楼梯和站厅，影响人员安全疏散。 中部站台着火有机械排烟有挡烟装置图 7 中，烟气向两端楼梯和站厅蔓延，由于楼梯上方挡烟装置有效的蓄烟和防止气流扰动，使烟气很好地被排烟风机排出。排烟的同时，需要由三个出口补风，正好形成了延疏散通道经连接站厅站台的楼梯至站台中部的空气流，既阻止了烟气任意蔓延，又保证了人员能迎着新鲜空气疏散。左右出口的疏散路径上的温度、风速可以满足疏散要求，可以看到右端楼梯处风速将近 3m/s。 有、无机械排烟的能见度对比图 8 中，右边为能见度标尺，单位 m，中间分别是中部站台着火有、无机械排烟时站厅层 H=高度处、车站中轴 Y=11m 截面上的 t=300s 的能见度。可以看到无机械排烟时两端楼梯处和站厅的能见度很小，而有机械排烟和挡烟装置时两端楼梯处和站厅的能见度将近 30m，完全能够保证人员安全疏散[5]。5 结论 无机械排烟当左、右站厅着火时，由于烟囱效应，不需要机械排烟，就可以保证人员从另一端站厅安全疏散。当中部站台着火时，没有机械排烟，人员将无法安全疏散。火场烟气明显的分为两层，即上层热气流层和下层冷气流层。烟囱效应在地铁车站中比较复杂，其影响因素主要是火源的位置和出口通道的面积：首先全部或大部分的烟气将从距离最近、最先到达的出口排出，此时位置是主要的影响因素; 如果在位置上没有优势，烟气将从出口通道面积较小的出口排出，面积成为主要影响因素。 机械排烟排烟风机单独排烟，由于扰动很大，烟气还会扩散至站厅。挡烟装置配合排烟风机排烟，挡烟装置将烟气阻隔在一定的蓄烟区域里，并由排烟风机及时排出，被动挡烟和主动排烟相互配合，达到很好的控烟效果。由于烟囱效应的影响，烟气有向出口面积较小的一端蔓延的趋势，而人员可以从出口面积较大的有迎面补风气流的出口进行疏散。机械送风口或自然补风口的位置不当、时机不当将会助燃火势，短路风流，影响烟气的控制。更多关于工程/服务/采购类的标书代写制作，提升中标率，您可以点击底部官网客服免费咨询：