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[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
潘荣亮 王亚南 岳顺禹 冉辰皓 程辉航 钟茂华
中国高铁隧道具有明显的高拱顶、大断面特点,为研究上述特征作用下高铁隧道火灾烟气纵向流动与温度分布特征,该文依托渝湘高铁重庆至黔江段的白家山隧道开展了全尺寸高铁隧道火灾实验,获取了火灾烟气在纵向方向上的蔓延速度与温度分布特征。研究发现:尽管高铁隧道净高、横截面积较常规公路隧道变大,高铁隧道火源热释放速率对烟气纵向蔓延的速度仍然起到重要作用。高铁隧道内火灾烟气温度在垂直方向上呈现出经典的“top-hat”分布,并且随着烟气远离火源位置,烟气垂直方向温度的“top-hat”分布特征逐渐趋于一致。此外,该文划定了高铁隧道热烟气纵向流动的一维过渡射流区(区域Ⅱ)与一维临界射流区(区域Ⅲ)分界线,探究了现有狭长受限空间内火灾烟气纵向流动与温度分布模型在高铁隧道火灾领域的适用性并分析误差原因,调整了适用于高铁隧道射流区域Ⅲ的热烟气温升纵向衰减模型,研究成果为评估高速铁路隧道内火灾烟气纵向蔓延对人员疏散的影响提供了数据和理论支撑。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
岳顺禹 龙增 仇培云 钟茂华 华福才
随着中国地下空间工程建设速度加快,在施工过程中存在的独头隧道数量逐年增加。为研究地铁施工阶段形成的独头隧道中发生火灾时的烟气蔓延特性,在某地铁隧道施工区间开展全尺寸现场火灾实验,通过分析隧道整体温度分布、风速分布、烟气层高度等参数并结合现场观测,研究烟气在独头隧道内的扩散和沉降规律。结果表明:在自然通风条件下,烟气向隧道封闭端方向扩散速度慢于向连通端方向扩散速度,扩散速度差异随火源距封闭端距离增加而减少。连通端方向的顶棚烟气温度衰减速率慢于封闭端。烟气在连通端的分布基本符合指数衰减模型,而在封闭端产生明显的蓄积现象,形成一段烟气层高度低至1.5m以下的危险区间,这是烟气控制和火灾应急中的重点区域。
关键词：
火灾 全尺寸实验 烟气扩散 独头隧道
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
陈俊沣 程辉航 魏旋 温亲玮 吴乐 刘畅 钟茂华
在某大断面公路隧道开展火灾全尺寸实验,评估实验中的温度测量误差.利用同一工况的多次重复实验获得了火灾场景下隧道内的温度分布,随后利用统计学方法量化评估了隧道不同区域、不同时间的纵断面温度数据的误差.结果表明:隧道火灾全尺寸实验中温度数据误差最大可达到±20℃,最大相对误差可达40%.自然风和火源功率波动是影响温度数据不确定性的2个重要因素,并直接导致了烟气前锋到达阶段和火源功率衰减阶段温度数据标准差的显著增大.火源的上下风向区域温度数据的标准差存在较大的差异.上风向烟气扩散容易受到风速波动干扰,温度数据相对误差可达到20%.研究结果可为隧道全尺寸实验数据准确度评估和误差分析提供支撑.
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
杨宇轩 刘畅 仇培云 龙增 钟茂华
针对含坡度隧道火灾烟囱效应和阻塞效应对烟气扩散影响机理欠明确等问题,该文以国内某城市轨道交通线路为研究对象,开展了车辆阻塞下的全尺寸火灾实验研究.通过改变通风方式和车辆的阻塞状态,重点研究了气流速度、烟气温度竖直分布、烟气层分布和烟气蔓延时间等问题.结果表明通风方式和车辆阻塞效应均会使火灾区域的流场产生变化,进而对气流速度、烟气分布和烟气蔓延时间造成影响,此外该文建立了烟气蔓延速度模型,揭示了车辆阻塞条件下含坡度隧道的火灾烟气特性和运移扩散规律,可为地铁火灾烟气控制和人员疏散提供数据和理论支撑.
关键词：
隧道 坡度 阻塞 火灾 全尺寸实验
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
刘畅 钟茂华 林鹏 龚远平 田向亮 阴彬 龙增 杨宇轩
为研究水利水电工程洞室群连接节点的火灾烟气蔓延特性,在某水电站地下洞室分岔型隧道开展全尺寸现场实验,通过分析各隧道区段温度分布、烟气层高度等参数并结合现场观测,研究烟气由分岔节点向连接隧道的扩散和沉降规律.结果表明:分岔隧道火灾危险性受坡度结构和通风条件的影响,起火位置上风向隧道烟气温度稳定衰减且分层作用明显;下风向隧道烟气与空气的掺混破坏了烟气稳定分层结构,烟气沉降加剧并形成趋于均一的竖向温度分布,上坡结构导致烟气沉降作用更为明显,2#隧道中3m高度以下的烟气温度沿纵向反而呈现升高趋势.防排烟设计中应综合考虑不同隧道区段火灾危险的差异性,在实验火灾规模下,上风向隧道烟气层高度保持在4.2m,下风向低温烟气区域面临较高危险性,烟气层高度均降低至1.5m以下;2#隧道的上坡结构进一步加剧了烟气沉降,起火2min后即降低至0.8m以下,是烟气控制和火灾应急中应考虑的重点区域.
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
陈长坤 徐童 史聪灵 赵小龙 张宇伦
为了探索隧道内可燃液体蒸气的爆燃超压及火焰传播规律,该文采用1/20的缩尺寸隧道模型,以不同液体温度(30、 40、 50、 60、 70、 78℃(沸点))下蒸发产生的乙醇蒸气为爆燃介质,分析不同时间点火的引爆情况及爆燃超压等数据。结果表明:蒸气的爆炸极限受到初始液体温度的影响,当蒸气温度低时爆炸极限范围小,同时所需要的引爆能量也会变大。被引爆乙醇蒸气的超压值沿隧道纵向呈现明显的双峰形状,同时在超压曲线第1次达到峰值时,燃料盘上方压力测点P1低于远离中心位置P2、 P3处的超压值。此外,隧道内爆燃超压最大值会随着乙醇蒸气浓度的增加而呈现先增大后减小的趋势。
关键词：
缩尺寸隧道 可燃液体蒸气 爆燃 超压
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
龙增 刘畅 杨宇轩 仇培云 陈嘉诚 钟茂华
为研究特殊结构地铁车站火灾烟气蔓延特性,在某含阶梯式站厅的岛式车站内开展不同火灾场景下的全尺寸现场实验,通过分析烟气温度、烟气层高度、烟气扩散时间等重要参数,研究站台及阶梯式站厅2种火灾规模下车站各区域内的烟气扩散情况.结果表明:受自北向南的自然风压影响,站台起火时烟气在火源南侧积聚,导致站台南侧区域温升较大,下风向的3#楼扶梯处烟气层不稳定,火灾烟气扩散至连接通道;阶梯式站厅起火时,北侧出入口Ⅰ危险性较低,烟气未扩散至连接通道和站台内.研究结论可为该结构车站的防排烟设计提供实验数据支撑.
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
龙增 刘畅 杨宇轩 仇培云 陈嘉诚 钟茂华
为研究特殊结构地铁车站火灾烟气蔓延特性,在某含阶梯式站厅的岛式车站内开展不同火灾场景下的全尺寸现场实验,通过分析烟气温度、烟气层高度、烟气扩散时间等重要参数,研究站台及阶梯式站厅2种火灾规模下车站各区域内的烟气扩散情况.结果表明:受自北向南的自然风压影响,站台起火时烟气在火源南侧积聚,导致站台南侧区域温升较大,下风向的3#楼扶梯处烟气层不稳定,火灾烟气扩散至连接通道;阶梯式站厅起火时,北侧出入口Ⅰ危险性较低,烟气未扩散至连接通道和站台内.研究结论可为该结构车站的防排烟设计提供实验数据支撑.
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
钟茂华 程辉航 陈俊沣 韩玉珍
全尺寸实验能够获取实体车站火灾过程中的烟气扩散特征参数，为研究烟气扩散理论和防排烟设计提供了重要的数据支撑。随着地铁车站规模扩大、结构日趋复杂、客流量激增，车站火灾的防排烟控制和大客流疏散设计难度增大，运用全尺寸实验方法支撑地铁火灾防控技术和保障地铁火灾安全具有重大理论和实践价值。该文通过总结已开展的一系列全尺寸实验经验，提出了地铁车站火灾全尺寸实验设计方法，并介绍了全尺寸火灾实验在实体地铁工程的站厅、站台、车站隧道和设备区的火灾安全优化中的应用案例。
关键词：
地铁车站 火灾 全尺寸实验 工程实践
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
张源 万志军 覃述兵 周嘉乐
该文研制的大尺寸巷道/隧道热环境模拟试验系统的模拟段有效长度6000 mm、围岩直径800 mm、最高稳定岩温70℃、风温5～45℃、湿度20%～90%RH、最大风量5000 m~3/h、最大模拟倾角45°,与已有试验装置相比,该模拟巷道/隧道尺寸大、试验参数范围大、试验误差减少,系统采用低电压、高电流的电加热方式控制系统边界温度,试验过程更安全、操作更简便。通过高地温巷道通风过程中围岩温度场模拟试验,证实了系统与现场测试结果具有较好的一致性,该系统可用于探索深部巷道、隧道等地下工程中的岩体传热问题,为高地温巷道/隧道的热害防治提供试验平台。
关键词：
高地温 热环境 热害 温度场 相似试验
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
王喆 安伟光 唐艳华 徐剑坤
狭长受限空间的火羽流及烟气层行为与常规建筑存在显著差异，其火源燃烧行为和烟气蔓延特性在热安全工程领域具有重要科学意义。开展研究性实验教学是实现消防工程专业培养目标的重要手段，为了提升实际教学效果，建立了融合“虚拟-实体、科研-教学、理论-实验”三位一体的实验教学方案。采用中尺寸实验平台进行火灾实验，按照实验设计、系统搭建、实验操作、教学结果来整体安排实体实验；通过Pyro Sim建立虚拟仿真场景、采用FDS进行模拟计算、通过场模拟图记录实验教学结果，使学生感知火灾发生发展的动态过程。通过实验展现了抽象理论知识的立体形态，有效地培养了学生的创新实践能力。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
洪瑶 史聪灵 李俊毅 李佳
为提升隧道火灾全物理场信息的预测速度以及解决隧道火灾关键控制参数的反向预测问题,该文构建了深度学习模型用于隧道火灾中全物理场和关键控制参数间的快速双向预测,使用了大型数值数据库训练所构建的模型,评估了模型对数据的学习能力及其预测能力。结果表明:经过100个训练周期后,使用所提出的双向预测模型和数据集取得了良好的训练收敛效果,物理场和关键控制参数在训练集上均达到结果快速重现。模型训练完成后,隧道火灾的平均温度场和6项隧道火灾的关键控制参数得到了基本的预测,预测结果同时涵盖了隧道的几何信息和物理信息。该研究结果可为隧道火灾演化规律的快速预测提供参考。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
庞照宇 幸雪松 武治强 马茂原 毛良杰
随着深层油气资源的勘探开发，多钻遇非均质性强、可钻性差等复杂难钻地层，从而导致钻头适应性差、钻井效率低下，大幅延长钻井周期和钻井成本。因此，针对非均质地层钻头适应性差等问题，该研究利用全尺寸钻头实验架，开展了多类非均质岩心全尺寸钻头破岩实验，对比分析了不同非均质性地层对PDC钻头动力学特性（动态钻压、扭矩、进尺和三向加速度）的影响。研究结果表明：PDC在穿越地层交界处时，会产生剧烈的振动；从软地层穿越到硬地层，PDC钻头的激振要比从硬地层穿越到软地层更强；两种地层性质之间的差距越大，PDC钻头穿越两种地层交界处时振动越强。研究结果可为非均质地层钻进钻头选型提供一定的理论指导。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
王彦富 马伟恺 王琛 徐长航 陈国明
该文以某顶部竖井隧道为原型，自主研发了一个自由组合式隧道模型实验平台。用该实验平台开展了多竖井隧道火灾教学实验，向学生直观展示了实验平台安装与调试、实验过程与现象、实验数据采集与读取等过程，以及不同顶部竖井设计工况下的排烟效果。教学实验结果表明，该隧道模型实验平台灵活性、适应性较好，有助于提升学生的自主学习能力、团队协作能力、动手操作能力和综合实践能力。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
吴乐 岳顺禹 程辉航 钟茂华
该文为研究高层建筑地下空间火灾烟气蔓延规律,在某高层建筑地下室开展现场火灾试验,通过测量起火区域、临近房间、楼梯间水平方向和竖直方向的烟气温度,对地下空间烟气多区域蔓延特性进行分析。结果表明:在起火区域,房间内起火后烟气蓄积作用显著,而楼梯间及前室由于与多区域连通,大量烟气向邻近区域扩散,因此导致烟气蓄积作用降低,形成稳定的烟气分层;在起火区域邻近房间,起火初期烟气在相互连通的多区域蔓延,在空间受限程度较低的楼梯间前室烟气分层作用明显,蔓延至远距离房间的低温烟气与空气掺混较严重,下部空间烟气温度有明显升高趋势;在楼梯间内,烟气竖向蔓延较快, 0.125 MW火灾场景下,烟气在300 s内可蔓延至4—5层区域,在楼梯间拐角处烟气层高度降至2.00 m,对人员疏散威胁较大。
关键词：
高层建筑 地下室 火灾 烟气扩散
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