公路隧道火灾有限元法数值模拟

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双火源隧道火灾数值模拟

双火源隧道火灾数值模拟

双火源隧道火灾数值模拟崔心源;赵金龙;姚勇征;袁沙沙;吴兵;黄弘【期刊名称】《中南大学学报:自然科学版》【年(卷),期】2022(53)6【摘要】为了给隧道内双火源事故风险评估和人员疏散提供参考,构建了隧道双火源火灾FDS数值模型,开展不同火源宽度和间距下的双火源隧道火灾模拟,研究了隧道内近顶板纵向温度、火源中心火场温度、隧道流场以及火场附近热辐射的分布规律。

研究结果表明:隧道双火源火灾由于火源间相互影响,火场内会形成热量和烟气的积聚;随着火源宽度增加,火源的单位面积热释放速率减小,隧道内最高温度迅速减小,隧道开口处温度基本保持不变,因此,远端纵向温度衰减因子逐渐减小;双火源之间靠近地面的温度呈现“凹”形分布,且大部分区间温度基本保持稳定,稳定温度随火源宽度增加呈现上升趋势;隧道内烟气最大流速出现在火羽流内部,受火源间距影响小,而受宽度影响大;伴随宽度增加,隧道内最大流速减小,浮力效应减弱,烟气层厚度增加,烟气沉降效应明显;双火源间近地面位置处的辐射受火源间距影响大,而受宽度影响小;随着火源间距增加,辐射强度迅速下降,但仍会对救援人员造成较大伤害。

【总页数】13页(P2255-2267)【作者】崔心源;赵金龙;姚勇征;袁沙沙;吴兵;黄弘【作者单位】中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院;中国建筑科学研究院有限公司;清华大学公共安全研究院【正文语种】中文【中图分类】U458.1【相关文献】1.火灾火源的数值模拟方法2.双火源对隧道火灾临界风速影响的数值研究3.载人航天器密封舱内双火源火灾\r烟气蔓延数值分析4.飞机客舱不同火源位置火灾数值模拟及危险性分析5.分岔隧道火灾火源位置对临界风速影响的数值模拟分析因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

组合通风方式越江隧道火灾的数值模拟的开题报告

组合通风方式越江隧道火灾的数值模拟的开题报告

组合通风方式越江隧道火灾的数值模拟的开题报告一、研究背景近年来,随着城市化的快速发展,地下隧道工程的建设越来越多。

然而,隧道火灾事故也是一个不可忽视的问题。

火灾不仅会影响人们的生命安全,还会对交通运输等方面带来严重影响。

因此,对于隧道火灾进行研究具有重要意义。

在隧道火灾中,通风是一种常见的灭火方式。

组合通风方式指的是将机械通风和自然通风相结合的通风方式。

通过对组合通风方式进行数值模拟研究,可以了解其在越江隧道火灾中的应用效果和可行性。

二、研究目的和意义本文旨在通过数值模拟的方式研究组合通风方式在越江隧道火灾中的应用效果。

具体来说,研究目的如下:1. 探究组合通风方式在越江隧道火灾中灭火效果。

2. 分析组合通风方式在越江隧道火灾中的优缺点,并提出改进意见。

3. 为越江隧道及其他隧道火灾事故的应急处理提供科学的指导意见。

三、研究内容和方法1. 研究内容(1)越江隧道火灾现场情况调研,包括火灾发生的时间、地点、原因等。

(2)组合通风方式在隧道火灾中的应用研究,包括机械通风和自然通风的原理、组合通风方式的灭火原理和操作方法等。

(3)基于CFD软件,搭建越江隧道火灾的数值模型,探究组合通风方式在越江隧道火灾中的应用效果。

2. 研究方法采用文献调查法、理论分析法和数值模拟法相结合的方法。

(1)文献调查法:通过查阅相关文献,了解组合通风方式在隧道火灾中的应用情况和发展趋势。

(2)理论分析法:结合隧道火灾发生的机理和组合通风方式的原理,分析组合通风方式在越江隧道火灾中的作用。

(3)数值模拟法:利用CFD软件,建立越江隧道火灾的数值模型,分析组合通风方式的灭火效果,在此基础上研究其优化方案。

四、研究进展和计划目前已完成越江隧道火灾的现场情况调研和文献调查。

下一步计划是搭建数值模型,进行数值模拟研究,并通过数据分析和模拟结果验证,探究组合通风方式在越江隧道火灾中的应用效果,并提出优化方案。

预计研究时间为一年。

五、论文结构安排本文主要包括五个部分:第一章:绪论。

公路隧道环境场数值模拟

公路隧道环境场数值模拟
第三章 施工过程中隧道沥青路面环境场数值模拟.................................................. 18 3.1 沥青混合料温降试验....................................................................................... 18 3.2 无通风瞬态热扩散数值模拟........................................................................... 20 3.2.1 模型建立................................................................................................... 20 3.2.2 瞬态工况模拟........................................................................................... 20 3.2.3 瞬态模拟结果及分析............................................................................... 20 3.3 通风稳态热扩散数值模拟............................................................................... 26 3.3.1 模型建立................................................................................................... 26 3.3.2 工况模拟................................................................................................... 27 3.3.3 稳态模拟结果及分析............................................................................... 27 3.4 沥青烟扩散数值模拟....................................................................................... 32 3.4.1 模型建立................................................................................................... 33 3.4.2 工况模拟................................................................................................... 33

秦岭特长公路隧道火灾数值仿真研究

秦岭特长公路隧道火灾数值仿真研究
( 上海交通大学机械 与动力工程学院 C D研究所 , A 上海 2 0 3 ) 0 0 0 摘 要: 该文通过计算机建立 了实验 中所用 的秦岭特 长公路隧 道的数值模 型 , 并采用 与实验中相 同的火灾规 模和边 界条件对 不 同风速下隧道拱顶纵 向温度分 布进行 了数值仿 真研究 。 将仿 真的结果 和实验数据进 行了 比较 , 实现 了对 这个数值 模型 的 有效性的验证 。 然后 , 采用这个数值模型对秦岭特 长公路隧道发生火灾 时的热环境进行 了数值 仿真研 究, 获得 了从实验中很
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第2卷 第l期 3 0
文章编号 :0 6—9 4 (0 6)0—0 6 10 38 20 1 2 9—0 4
计 算 机 仿 真
26 O 0 年1月 0
秦 岭 特 长 公 路 隧 道 火 灾 数 值 仿 真 研 究
金 浩, 杨培 中, 先 龙 金
AB T ACT:hsp pretbi e u r a mo e o eQnigvr n odtn e sdi epr n SR T i ae s lh san mei l d l f h il eyl gra u n l e x ei t a s i h vn f r.T u ,sm aan t ayt o ti i teep r e t aeb e e ogQni n l nteee t e h s o ed t o es o ba n h x ei n v en y n u of i n m h
o t i e o p e i t n n lz h u n l e f r n e—b s d f e p oe t n d s g f e p e e t n ,e p c a l b a n d t r d c d a ay e t e t n e ro ma c a p a e r r tc i e i n, r r v n i i o i o s e i ly t e e a u t n s f t n t e e e t ft n e i . h v c a i a e y i h v n u n lfr o o e KEYW 0lDS:Nu rc lmo e ;Bo n ay c n i o I me i a d l u d r o d t n;Nu rc lsmu a in;T e ma n i n n i me i a i l t o h r le v r me t o

公路隧道火灾通风数值模拟分析及逃生研究

公路隧道火灾通风数值模拟分析及逃生研究

公路隧道火灾通风数值模拟分析及逃生研究作者:史晓燕尹其畅房楠来源:《物联网技术》2014年第06期摘要:利用数值模拟技术和pyrosim软件,对火灾功率为20 MW的中型规模隧道火灾进行了仿真,通过对火灾烟流蔓延模拟结果的分析,得出了该火灾规模的临界风速,并在临界风速下,通过对隧道内的温度、CO浓度的分布进行了数值模拟分析,得出了其分布规律。

然后以修正后的克拉尼公式及FED窒息模型作为火灾时人员逃生的判定条件,综合考虑了火灾时隧道各断面温度和CO浓度分别与人员极限忍受时间的关系,最后得出隧道火灾时人员的安全逃生方向及火源下游人员的最大安全逃生时间和最远逃生区域。

关键词:公路运输;人员逃生;数值模拟;公路隧道;临界风速中图分类号:U458.1 文献标识码:A文章编号:2095-1302(2014)06-0042-030引言近年来随着我国隧道建设的不断发展以及公路交通流量的日益增长,公路隧道发生火灾的频率也在不断增加,这些频发的火灾事故给隧道的结构带来了巨大的损害,同时对人员的生命财产安全造成了巨大的威胁。

隧道火灾中影响人员逃生的主要因素是高温有毒烟流的蔓延。

本文以pyrosim火灾仿真软件为平台,对建立的隧道火灾场模型进行仿真模拟,重点分析了火灾中烟流的蔓延情况,得出临界风速,并在此基础上,探讨了隧道火灾时温度和CO浓度的分布规律,从而得出发生火灾时在各影响因素综合作用下人员的安全逃生时间及逃生区域。

1公路隧道火灾场模型1.1隧道模型本文选取高5.2 m,坡度2%,双洞单向行车,人行横洞间距约为400 m,并采用全射流风机纵向式机械通风方式的隧道。

取该隧道长度为400 m的一段对其进行数值模拟。

火源在路中央,距离入口50 m,并且选择火源点在射流风机下游的情况下进行模拟。

1.2火源设定我国现行的《公路隧道通风照明设计规范》中规定火灾时排烟风速可按2 m/s~3 m/s取值,此取值设计的前提是隧道火灾功率为20 MW的中型火灾规模[1]。

空气幕对隧道火灾烟气蔓延影响数值模拟

空气幕对隧道火灾烟气蔓延影响数值模拟

建筑防火设计 空气幕对隧道火灾烟气蔓延影响数值模拟梅秀娟1,张泽江1,韦 涛2,3(1.公安部四川消防研究所,四川成都610036;2.广西广科消防技术服务有限公司,广西南宁530000;3.西南交通大学,四川成都610031) 摘 要:设置火源功率为20MW的公交车起火的火灾场景,利用FDS模拟的方法对比分析有、无空气幕时隧道内火灾烟气蔓延情况,包括烟气浓度、温度、能见度和流速等参数的变化,研究空气幕对隧道火灾烟气蔓延特性的影响。

结果表明,火源两侧设有出口射流方向朝下、射流速度为15m/s的空气幕时,火灾烟气可较好地受控于这两个空气幕形成的区域内。

关键词:空气幕;隧道火灾;射流方向;射流速度;FDS;烟气蔓延;数值模拟中图分类号:X913.4,TU834.2,U459.2 文献标志码:A文章编号:1009-0029(2017)01-0044-04隧道由于结构的特殊性,发生火灾极易造成人员伤亡及隧道结构破坏,因此对隧道火灾烟气蔓延特性进行研究具有现实意义。

笔者提出在隧道内设置空气幕,以阻止火灾时烟气在隧道中蔓延,并采用数值模拟方法对方案的有效性进行验证。

1 隧道物理模型为了便于数值模拟及节省计算资源,建立简化的隧道物理模型,模型尺寸长240m、宽10m、断面高3.5m,物理模型包含隧道行车地面至排烟道隔板部分,隧道两端设为隧道开口。

隧道顶部设有排烟口,顶部排烟口间距为60m,排烟口长4m(横向)、宽1.5m(纵向)。

火源两侧距火源60m处均设有空气幕,空气幕长10m、宽0.1m。

2 隧道火灾场景设计假设隧道火灾为公交车起火引起,火源功率为20MW,快速t2火,火源面位于隧道正中央处。

为了考察空气幕对隧道火灾烟气蔓延的影响,考虑两种火灾情况,一种是无空气幕的情况下隧道内火灾烟气蔓延情况,一种是有空气幕的情况下隧道内火灾烟气蔓延情况。

因此,设计火灾场景A和火灾场景B。

两种火灾场景的具体设置如下:火灾场景A:假设发生火灾时,隧道顶部排烟,不启动空气幕。

基于FDS无通风工况下公路隧道火灾的数值模拟

基于FDS无通风工况下公路隧道火灾的数值模拟

基于FDS无通风工况下公路隧道火灾的数值模拟【摘要】本文利用FDS软件对无通风工况下公路隧道火灾进行了瞬态的数值模拟。

本模拟选取的是公路隧道中的一段500m作为模拟对象,模拟对象选为下坡隧道,坡度为1.1%,着火点位于隧道路面中央。

研究结果显示,对于坡度不大的隧道,利于人员的逃生,而对于坡度比较大的隧道,人员伤亡的危险性较高;烟流在上坡方向扩散速度与隧道坡度成正比,下坡方向相反;没有任何通风时,隧道内温度升高非常快,短期内火源附近隧道顶部温度可至1000℃左右,对隧道结构破坏严重。

【关键字】隧道,火灾,FDS,烟气,温度0 引言据交通部统计,20世纪五十年代,我国仅有30多座隧道,总长约2.5公里;六七十年代,我国干线公路上曾修建了百米以上的公路隧道;到1979年,我国公路隧道通车里程仅为52公里,数量为374座。

1979年改革开放以后,在国家加大公路基础设施建设的政策下,公路隧道顺应社会需要像雨后春笋般迅猛发展起来。

但同时,隧道规模的增加,交通压力的增加,也使得公路隧道内火灾的危险性呈上升趋势。

据不完全统计,近年来欧洲已经发生的重大隧道火灾有数十起之多。

2001年10月25日,欧洲第二长的公路隧道,连接瑞士与意大利的ST.Gotthard 隧道(16918m),在距离瑞士Airolo端出口前约一公里处,两辆货车因为超车不当发生猛烈碰撞,大火燃烧一整天,浓烟密布整条隧道,当天即造成十一人死亡,隧道顶部坍塌;2005年6月4日,法国与意大利之间的Frejus隧道(12895m),一辆载运轮胎的货车起火燃烧,造成至少二人死亡,二十余人吸入过量有毒气体而受伤,隧道也严重受损[1-3] 。

我国也曾经多次发生公路隧道火灾事故,1991年上海延安东路隧道发生火灾事故;1998年7月7日,福建盘陀山第二公路隧道因货车在隧道内起火引发火灾;2002年1月10日,浙江狐狸岭隧道发生火灾隧道等[4]。

因此,隧道火灾模拟研究工作显得尤为重要。

公路隧道火灾仿真及应急预案研究

公路隧道火灾仿真及应急预案研究

公路隧道火灾仿真及应急预案研究
随着高速公路管理水平的提升,交通安全保障工作愈发受到重视,而各种类型的高速公路应急预案被视为处理重大突发事件的重要手段。

本文针对现有高速公路火灾应急预案的不足,分别对应急预案流程建模及隧道火灾条件下的应急预案制定方法进行了研究,进行了火灾仿真实验和研究成果工程化方面的探索,主要的研究工作和成果如下:1.针对现有应急预案制定缺乏理论模型和执行效果验证方法的缺陷,给出了一种应急预案建模方法。

以面向对象的思想为指导,将应急预案的执行过程抽象为一个复杂的工作流系统,在分析工作流系统中对象及其交互方式的基础上,进一步使用UML建立系统的状态图和活动图,然后将UML模型映射到Petri网上,利用Petri网理论中的建模和分析理论,为应急预案的制定、分析、执行和完善过程提供一种可靠的数学工具。

2.以隧道火灾为典型案例,对隧道环境下的火灾进行建模及仿真实验,获取隧道火灾应急预案建模的基本要素,并结合本文给出的建模方法建立了一个隧道火灾应急预案示例模型。

在实际公路隧道环境及配套设施的条件下,针对隧道环境下的典型火灾工况,使用FDS火灾动力学仿真软件建立了隧道火灾模型,并进行了数值模拟计算,研究了火灾条件下隧道环境变化及其对人员安全的影响,并给出了保证人员安全逃生的临界条件和合理的疏导方法,为隧道火灾应急预案的制定提供技术保障。

综合考虑参与隧道火灾应急预案的各执行机构的职能,使用本文给出的预案建模方法制定了一个隧道火灾应急预案示例模型。

最后对全文工作进行了总结,并展望了下一步研究方向。

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公路隧道火灾有限元法数值模拟
本文采用ANSYS/FLOTRAN软件对公路隧道在自然通风和火灾工况下进行了数值模拟,与实测数据以及其它软件的模拟结果进行比较分析,结果表明采用ANSYS/FLOTRAN软件进行公路隧道火灾数值模拟是可行的。

标签:公路隧道;ANSYS/FLOTRAN;数值模拟;可行性
【文献标识码】A
一、引言
目前,国内对隧道火灾的研究主要集中在火灾实验和数值模拟上[1-4],采用ANSYS软件进行火灾工况模拟的则文献报道较少。

将ANSYS/FLOTRAN软件的模拟结果与试验结果或其它软件计算结果进行比较,可以考察ANSYS/FLOTRAN软件在火灾数值模拟方面的可行性,为隧道火灾数值模拟研究也提供了一个新思路。

二、数值模拟
2.1自然通风下的数值模拟
本文以文献[5]提供的渝和高速公路上的北碚隧道内实测数据为参照,对自然通风状况下隧道内速度场进行了数值模拟,与实测结果进行对比分析,为后续火灾工况下的数值模拟提供依据。

结果显示:模拟平均值为1.335m/s,实测平均值1.465m/s,二者的平均相对误差为8.87%,表明模拟结果可以较好地表示该隧道在自然通风状态下的速度场情况。

2.2火灾工况下试验数据与数值模拟结果对比分析
模拟采用的模型是文献[6-10]报道的秦岭—终南山公路隧道的火灾试验时的实体模型,风速分别为2m/s、3m/s、4m/s、5m/s和6m/s,火源点位于距入口断面30m处。

将文献[6]提供的其它软件模拟的数据(在以下图中用“模拟值1”表示),与采用ANSYS/FLOTRAN软件的模拟结果(在以下图中用“模拟值2”表示)对比,不同风速条件下隧道内火源点下游温度分布情况。

如下图所示。

由图2可以看出模拟值2与试验值基本吻合,在火源点处模拟值2与试验值的相对误差为7.14 %。

火源点处模拟值1与试验值的相对误差为17.85%。

可以看出在火源点处模拟值2的模拟效果好。

由图3可以计算出模拟值2与试验值的平均相对误差为7.47 %。

在火源点处模拟值2与试验值的相对误差为1.44 %。

模拟值1与试验值的相对误差为14.47 %。

模拟值1与试验值的平均相对误差为5.06 %。

计算得知模拟值2与试验值的平均相对误差27.32 %。

模拟值1与试验值的平均相对误差为50.46 %。

由图5可知模拟值2与试验值的平均相对误差
0.43%。

模拟值1与试验值的平均相对误差为8.01%.由图6可知模拟值2与试验值的平均相对误差为4.03 %。

模拟值1与试验值的平均相对误差为9.61 %。

结论:
通过以上图示和计算比较可以看出,距离火源点下游较近的一段区域内温度下降较快,之后随着距火源点距离的增加温度变化梯度减小并逐渐趋于平缓。

当通风风速变大时,火源点下游附近的温度会逐渐增高,但是随着距火源点距离的增加,风速越大温度下降越多。

采用ANSYS/FLOTRAN软件模拟的火灾温度场的分布曲线图与实验得出的温度场的分布曲线在沿程变化趋势上一致。

从两种软件的模拟结果比较来看,用ANSYS/FLOTRAN软件模拟火源点附件的温度值与试验数据更为接近,说明了ANSYS软件在隧道火灾的数模模拟中,对于火源点附近温度的计算更加合理可信,表明这一软件在模拟隧道火灾方面是可行的,能够更真实的反应火灾温度场分布的情况,具有一定优势。

参考文献:
[1]姜涛.地铁过江隧道火灾CFD数值模拟研究湖北大学学报(自然科学版),2015,37(5):477~483.
[2]黄洋,张英,陈先锋等基于CFD坡度隧道火灾烟气蔓延特性模拟研究,2016,42(2):33~36.
[3]韩新,崔力明.国内外隧道火灾试验研究进展简述.地下空间与工程学报,2008,(4):544~549.
[4]朱江.计算流体动力学在隧道安全中的应用.武警学院学报,2009,(30):337~340.
[5]王聪.长大公路隧道纵向通风技术通风效果现场测试研究.成都:西南交通大学,2007.
[6]王婉娣.长大公路隧道火灾通风三维数值模拟研究.成都:西南交通大学,2004.
[7]王婉娣,冯炼.公路隧道火灾三维数值模拟.制冷与空调,2004,(1):20~23.
[8]谢宁,冯炼,王婉娣等.隧道火灾三维数值模拟的瞬态分析.中国铁道科学,2005,26(6):89~92.
[9]杨其新,闫治国. 秦岭终南山特长公路隧道火灾模型试验研究.广西交通科技,2003,28(3):18~25.
[10]许洋.ANSYS11.0/FLOTRANL流场分析实例指导教程.北京:机械工业出版社,2009.
王叶(1982-),河北省石家庄市人,2010年毕业于兰州交通大学供热、供燃气、通风及空调工程专业,硕士,工程师,现从事地下工程通风及空调工程设计。

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