纵向风对通道火灾烟气竖向分层特性的影响

公路隧道火灾时纵向通风排烟下临界风速问题探讨周庆;倪天晓;彭锦志【摘要】烟气回流(Back-Layering)是隧道火灾在纵向风作用下的一种特殊烟气蔓延现象,抑制烟气逆流的临界风速一直是隧道火灾研究的一个热点.本文在分析国内外对纵向通风排烟下临界风速问题研究现状和规范规定的基础上,通过数值模拟和缩尺寸模型试验对临界风速与隧道坡度的关系进行研究,对它们的结果进行对比分析,为公路隧道火灾时纵向通风排烟管理提供参考.【期刊名称】《湖南工业职业技术学院学报》【年(卷),期】2011(011)003【总页数】4页(P3-6)【关键词】公路隧道火灾;纵向通风排烟;临界风速【作者】周庆;倪天晓;彭锦志【作者单位】湖南公安消防总队,湖南长沙410205;中南大学防灾科学与安全技术研究所,湖南长沙,410075;中南大学防灾科学与安全技术研究所,湖南长沙,410075【正文语种】中文【中图分类】F412隧道内发生火灾后，产生的大量高温烟雾，对于隧道内车辆疏散和人员逃生，具有极大的威胁。

烟气回流(Back-Layering)是隧道火灾在纵向风作用下的一种特殊烟气蔓延现象[1]，在纵向通风排烟模式下，火源两侧的烟气将产生不对称，如果风速比较小，不足以克服烟气流速度时，将产生烟气逆风流动的情况，即回流现象。

这对于防止火灾烟气蔓延(炽热烟气将点燃火源上风方向停留车辆)和前来救援的消防队员安全是很不利的。

因此，纵向通风时必须增加通风风速以防止火灾烟气逆流，避免回流现象的发生，因此，抑制烟气逆流的临界风速一直是隧道火灾研究的一个热点。

本文在分析国内外对公路隧道火灾时纵向通风排烟下临界风速问题研究现状和规范规定的基础上，通过数值模拟和缩尺寸模型试验对临界风速与隧道坡度的关系进行研究，对它们的结果进行对比分析，为公路隧道火灾时纵向通风排烟管理提供参考。

1993年，Bettis等人[2,3]进行了全尺寸矿山隧道火灾试验，发现当热释放速率较低时，临界风速与其1/3次方成正比；当火灾热释放速率增大到一定程度，临界风速与其近似无关。

城市长大公路隧道火灾纵向排烟分析研究沈奕【摘要】Tunnel fire is a serious disaster for road transportationsafety.According to cases in different scales and wind velocities,we focus on tunnel fire safety research on a long and large road tunnel in city using the visibility as a key evaluation indicator.The computational fluid dynamics simulation was employed to analyse the evacuation environment.The shield TBM section is 3,390 m and the outer diameter is 14.5m.This study shows,the longitudinal ventilation mode can control the spread of smoke in tunnel fire.A steady smoke layer maintain in the upper space of the large tunnel,consequently,the lower part of the tunnel will be favourable for evacuation and fire rescue.%隧道火灾是公路交通安全的重大隐患.本文以某长大城市公路隧道作为工程研究对象,针对其不同规模和风速的火灾工况,以能见度为评价指标,使用CFD数值模拟手段对其隧道火场逃生环境进行安全分析与评价.该隧道盾构段长3390m,外径14.5m,特殊火灾工况下采用完全纵向通风.研究表明,当隧道发生火灾时,纵向排烟模式能够控制烟气蔓延,大断面隧道的上部空间维持稳定的烟气层,隧道下部环境有利于疏散逃生和消防救援.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2017(039)011【总页数】5页(P33-37)【关键词】长大隧道;火灾;计算流体动力学;能见度【作者】沈奕【作者单位】上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TU997隧道火灾是公路交通安全的重大隐患。

纵向通风下障碍物对隧道火灾燃烧速率的影响研究作者：张波陈丽霞马隽湫贾天耀李海航来源：《今日消防》2023年第12期摘要：采用模型隧道实验的方法，研究不同纵向通风速度和障碍物距离下池火燃烧速率的变化规律。

结果表明，在纵向通风的条件下，障碍物的距离为5cm时池火的燃烧速率最高。

在障碍物距离一定时，池火的燃烧速率随纵向通风速度增加而增加。

障碍物距离在一定范围内，池火的燃烧速率高于无障碍物的情况，而障碍物距离超出一定范围时，池火燃烧速率与无障碍物的情况相差不大。

障碍物的存在对池火燃烧速率的影响主要归因于侧壁辐射效应和气流场的变化。

纵向通风对池火燃烧的影响更为明显。

当障碍物距离改变时，气流场会改变火焰的倾斜方向，进而改变侧壁辐射效应。

这些发现对于深入理解隧道火灾特性、优化消防安全设计以及制定有效的火灾防控措施具有一定的指导意义。

关键词：纵向通风；燃烧速率；障碍物；辐射效应中图分类号：D631.6 文献标识码：A 文章编号：2096-1227（2023）12-0008-03在实际情况下，火灾发生时隧道内部可能存在车辆和货物等障碍物，占据隧道横截面较大的面积比例，障礙物会对隧道内部温度分布、烟气流动等火场参数产生影响。

近年来，有些研究者开始探究障碍物对隧道火灾的影响，其中阻塞比（障碍物横向面积占据隧道横截面的比例）是研究的关键参数。

黄有波等人[1]通过数值模拟研究了隧道阻塞比对临界风速的影响，发现临界风速随着阻塞比的增加而减小，且当阻塞比达到一定值时，临界风速不再减小。

王君等人[2-3]通过实验研究，得出了与黄有波等人类似的结论。

Tang等人[4]发现烟层厚度更受纵向通风的影响，随着风速增加而增大；存在车辆堵塞时的烟气层厚度小于不存在车辆堵塞时的烟层厚度。

关于隧道阻塞对临界风速和烟气层厚度的影响，丹麦理工大学[5]也得出了相似的结论。

范梦琳等人[6]采用数值模拟研究了阻塞对烟气温度及逆流长度的影响，发现存在障碍物的情况下烟气逆流长度随着火源高度的升高而减小。

排烟方式对隧道火灾烟气分布规律的影响发布时间：2021-09-22T07:30:53.452Z 来源：《工程建设标准化》2021年6月第12期作者：何明星[导读] 本文以某公路隧道为依托，建立FDS数值计算模型，分析了纵向式和横向式两种排烟方式对隧道内温度场、CO浓度的控制效果,对比了两种排烟方式下CO浓度的横向分布。

结果表明，两种排烟方式下，隧道横截面上的CO浓度分布主要呈“V”型、“一”型分布，最高温升随着排烟速率呈现较好的指数衰减趋势。

何明星北京市政路桥股份有限公司工程总承包一部北京市 100161摘要：本文以某公路隧道为依托，建立FDS数值计算模型，分析了纵向式和横向式两种排烟方式对隧道内温度场、CO浓度的控制效果,对比了两种排烟方式下CO浓度的横向分布。

结果表明，两种排烟方式下，隧道横截面上的CO浓度分布主要呈“V”型、“一”型分布，最高温升随着排烟速率呈现较好的指数衰减趋势。

这说明隧道中心同一高度处的烟气浓度值均低于或等于隧道两边，因此人员应该沿着隧道中心线逃生。

关键词：隧道火灾；排烟方式；烟气控制1隧道火灾模型建立目前，公路隧道的排烟方式主要有自然排烟和机械排烟[1]两种。

按照隧道内风流流动形式不同，隧道机械通风方式可分为以下两种：纵向通风和横向通风[2]。

本文依托于北京市某高速公路隧道，按照近似1:9比例设计[3]，模型长6m，弧形拱半径0.738m，由6段长度均为1米的短隧道拼接而成，在距隧道口1m处的顶部设有0.04m2的排烟口。

一辆小车的起火规模约为 Q=3~5MW[4]，根据相似关系式[5]可得火灾规模Q=12.35~20.58KW，本次选取火源功率为12.35KW，参考《GAT999-2012热烟实验法》[6]的设置，采用油池火对火源进行模拟，燃烧面积为0.2m×0.2m，位于隧道入口2m处纵向中心线上。

为了研究CO浓度、温度分布规律，在x=1m，2m，3m，4m，5m处设置了水平测量位置，在距隧道底部68cm、75cm和82cm处设置了竖向测量位置，在L=0.68m水平位置处，设置五个横向测量位置，每一测点间距分别为0.1m。

第19卷 第6期2006年11月中 国 公 路 学 报China Journal of Hig hw ay and T ransportVol.19 No.6Nov.2006文章编号:1001 7372(2006)06 0079 04收稿日期:2006 03 08基金项目:国家自然科学基金项目(50376061);教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目(20030358051)作者简介:胡隆华(1979 ),男,湖南衡阳人,工学博士,博士后,E mail:hlh@m ail.u 。

公路隧道内火灾烟气温度及层化高度分布特征试验胡隆华1,霍 然1,王浩波1,杨瑞新2(1.中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,安徽合肥 230027;2.云南省公安消防总队,云南昆明 650228)摘要:通过在云南昆明 石林高速公路阳宗隧道内的现场模拟火灾试验,对不同纵向通风速率下公路隧道内火灾烟气温度及层化高度沿隧道的分布特征进行了研究。

结果表明:拱顶下方烟气温度沿隧道呈幂指数分布;纵向通风速度对烟气层高度沿隧道的分布有重大影响,纵向风速较小时,烟气可以在隧道上部空间维持较好的层化结构,不会影响火灾发生时人员的安全疏散,而较大的纵向风速将导致烟气层高度沿隧道迅速降到地面,对火灾发生时的人员疏散造成威胁。

关键词:隧道工程;火灾;试验研究;烟气层高度;烟气温度;纵向通风中图分类号:U 456.33 文献标志码:AExperiment of Fire Smoke Temperature and Layer S tratification Height Distribution Characteristic Along Highway TunnelH U Lo ng hua 1,H U O Ran 1,WANG H ao bo 1,YANG Rui xin2(1.State Key L abo rato ry o f Fire Science,U niversity of Science and T echno log y of China,Hefei 230027,A nhui,China; 2.Public Secur ity G ener al F ire Brigade of Y unnan P rov ince,K unming 650228,Yunnan,China)Abstract:Field fire sim ulation exper im ents w ere conducted in the Yangzong T unnel of Kunming Shilin freew ay in Yunnan Pr ovince of China.Character istics o f smoke layer tem perature and layer stratification height distribution along the tunnel w er e m easured at normal v entilation speed,natur al ventilatio n speed and sm oke exhaust ventilation speed conditions.Results show that the smo ke temperature below the ceiling alo ng the tunnel falls into exponential distribution and the longitudinal v entilation speeds influence the smo ke lay er heig ht distribution along the tunnel largely.When longitudinal w ind speed is small,the sm oke layer can be remained at the upper part of the tunnel and does little influence for the human evacuation;w hile smoke w ould be blow n to the floor level and be dangerous for human evacuation w hen ventilation speed is relative large.Key words:tunnel engineering;fire;exper im ental resear ch;smoke layer height;smoke tem pera ture;long itudinal v entilation0引 言近年来,公路隧道火灾给人们的生命及财产带来了巨大的损失,如1999年3月24日,位于法国和意大利边境的勃朗峰隧道发生特大恶性火灾事故,造成41人死亡[1 2]。

纵向通风条件下隧道坡度对火灾烟气流动影响的实验研究夏正文;刘晓阳;张丽莉【摘要】Vertical ventilation is the common means of tunnel smoke control.When the wind is large enough,the wind will make the smoke spread in one direction,so as to achieve longitudinal smoke evacuation.However,if the wind speed is too large,the smoke structure may be destroyed,and the smoke turbulence may endanger the human evacuation.Therefore the smoke stratification should maintain a reasonable time period.Many practical tunnels involve slope,which may produce the so-called ＂smoke stack effect＂.This paper uses bench-scale models to conduct experiments,in order to examine the slope and vertical ventilation under fire smoke.The results indicate that when the slope is increased,the air entrainment will be more significant,with more rapid smoke temperature decrease and smoke settlement.The experimental results agree well with the theoretical analysis.%纵向通风是隧道烟气控制的常用手段之一,若风速足够大,烟气会保证向一个方向蔓延,达到纵向排烟的目的,但同时过大的风速可能会破坏烟气层结构,造成烟气层紊乱,危害到地面附近疏散的人群。

隧道火灾烟气的温度特征与纵向通风控制研究一、本文概述本文旨在深入研究隧道火灾中烟气的温度特征，以及纵向通风对火灾烟气的控制效果。

隧道火灾由于其特殊的空间结构和环境，使得火灾烟气的扩散和温度分布呈现出独特的特点。

因此，对隧道火灾烟气温度特征的研究，有助于更准确地评估火灾的危害程度，为火灾预防和应急救援提供科学依据。

纵向通风作为隧道火灾控制的重要手段，其控制效果直接影响到火灾烟气的扩散范围和危害程度。

本文将通过模拟实验和理论分析，探究纵向通风对隧道火灾烟气温度的影响规律，以及优化通风控制策略，为隧道火灾的安全防控提供理论支持和实践指导。

本文的研究内容将围绕隧道火灾烟气的温度特征和纵向通风控制两个方面展开，通过对国内外相关文献的梳理和评价，明确研究现状和不足，提出本文的研究目的和意义。

在此基础上，本文将建立隧道火灾烟气温度的数学模型，分析烟气温度的影响因素和变化规律，并通过实验验证模型的准确性和可靠性。

本文将设计并实施纵向通风控制实验，探究不同通风策略对火灾烟气温度的控制效果，为隧道火灾的安全防控提供科学依据。

二、隧道火灾烟气温度特征分析隧道火灾中烟气的温度特征是理解和控制火灾蔓延、保障人员安全以及有效实施灭火措施的关键参数。

火灾烟气的温度不仅决定了烟气的扩散速度和范围，还直接关系到隧道结构的热稳定性以及灭火手段的选择。

隧道火灾烟气的温度随着火源强度的增加而上升。

火源越大，燃烧产生的热量越多，烟气温度越高。

这种高温烟气在隧道内由于纵向通风的影响，会形成一个温度梯度，即靠近火源区域烟气温度高，远离火源区域温度逐渐降低。

纵向通风对隧道火灾烟气温度的影响不容忽视。

通风可以加速火势的蔓延，但同时也能降低烟气的温度。

在纵向通风的作用下，新鲜空气不断进入隧道，与高温烟气混合，从而降低烟气的整体温度。

然而，如果通风风速过大，也可能导致火势失控，增加火灾的危险性。

隧道火灾烟气温度还受到隧道几何形状、材料特性以及火源位置等因素的影响。

综合管廊电缆舱中线性火源横向和竖向移动对火灾行为的影响研究作者：***来源：《今日消防》2021年第12期摘要：在长50m的全尺寸综合管廊电缆舱模型中进行电缆火灾试验，研究线性火源的横向移动和竖向移动对火焰外形、火源质量损失速率、横向温度分布及烟气分层的影响。

得到以下结论，火源横向移动会使火焰发生弯曲，火源竖向移动会在顶棚形成较大的火焰面积;侧墙和火焰对火源的辐射热反馈是影响火源质量损失速率的重要因素，且火焰对火源的热反馈要重要于侧墙的热反馈;在侧墙和火焰两种因素的共同作用下，使火源质量损失速率在火源发生横向移动时先增加后减少，发生竖向移动时一直减少;通过对横向温度的分析发现，火源的横向移动对烟气层的厚度影响不大，但竖向移动会使烟气层的厚度明显减小。

关键词：综合管廊;电缆火;火焰外形;质量损失速率;横向温度城市地下综合管廊为管线的综合治理提供了可能，不仅为居民的生活带来了便利，更为城市的快速发展提供了保障。

随着综合管廊在全国范围内广泛建设和使用，其安全问题也逐渐引起了人们的重视，尤以消防安全问题为主。

因此，研究综合管廊火灾的特性，对于其安全事故的预防和治理具有十分重要的意义。

近年来，国内学者对综合管廊火灾展开了大量的研究。

赵永昌[1]在1：3.6小尺寸管廊模型中进行油池火试验，通过改变火源的功率，研究烟气温度沿纵向的衰减规律。

杨永斌[2]通过建立综合管廊火灾数值模拟模型，研究了点火源在位于不同水平和竖直位置下，管廊内部火场温度随时间的变化规律。

李华祥[3]开展综合管廊液氮灭火试验，通过改变液氮喷口方向、液氮释放距离等注氮参数，研究综合管廊液氮灭火的可行性。

目前，多数学者通过缩尺寸试验和数值模拟软件来研究综合管廊火灾，而鲜有人进行全尺寸综合管廊火灾。

而全尺寸模型试验可以模拟真实情况下的火灾发展规律，对于提高综合管廊的消防安全水平更具有参考意义。

故笔者在全尺寸综合管廊电缆舱模型中进行电缆火灾试验，研究线性火源横向和竖向移动对火焰外形、火源质量损失速率、横向温度及烟气分层的影响。

第50卷第12期2019年12月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University(Science and Technology)V ol.50No.12Dec.2019纵向通风对地铁区间隧道火灾温度特性影响易欣1,2，范晶1,2，马砺1,2，杨元博1,2，张鹏宇1,2(1.西安科技大学安全科学与工程学院，陕西西安，710054；2.西安科技大学陕西省煤火灾害防治重点实验室，陕西西安，710054)摘要：以西安某地铁站区间隧道为研究对象，基于Froude相似性原理，建立1:10小尺寸实验模型，研究火源功率、纵向通风速度对隧道区间火灾时温度特性的影响，对比分析12.67，15.33和18.24kW3种火源功率在不同风速下的火焰形态、顶棚最大温度分布及顶棚辐射能量。

研究结果表明：纵向通风会增强燃烧，增加火焰长度、降低火焰高度，同时降低隧道内温度和顶棚热辐射；当无纵向通风时，顶棚最高温度分布随火源功率呈指数函数关系，随着纵向通风风速的增加，二者相关性逐渐降低；当纵向通风风速大于1.0 m/s时，隧道温度和热辐射主要受火源功率影响。

关键词：纵向通风；区间隧道火灾；缩尺寸模型；温度特性中图分类号：X932文献标志码：A文章编号：1672-7207（2019）12-3163-08Effect of longitudinal ventilation on temperature characteristicsin metro tunnel under fireYI Xin1,2,FAN Jing1,2,MA Li1,2,YANG Yuanbo1,2,ZHANG Pengyu1,2(1.College of Safety Science and Engineering,Xi'an University of Science and Technology,Xi'an710054,China;2.Shaanxi Key Laboratory of Prevention and Control of Coal Fire,Xi'an University of Science and Technology,Xi'an710054,China)Abstract:Taking a subway station in Xi'an as the research object,the1/10scale model tunnel using Froude scaling was established to investigate the effect of fire power and longitudinal ventilation velocity on temperature under fire condition.The flame shape,the maximum ceiling temperature distribution and ceiling radiant under fire power of12.67,15.33,18.24kW at different wind speeds were compared and analyzed.The results show that longitudinal ventilation will enhance the combustion of the flame,increase the length and reduce the height of the flame,and reduce the temperature inside the tunnel and the heat radiation in the ceiling.When there is no longitudinal ventilation,the maximum temperature distribution of ceiling is exponentially related to the power of the fire source.As the longitudinal ventilation wind speed increases,the correlation between the two decreases gradually.When the longitudinal ventilation velocity is more than1.0m/s,the temperature and radiation is mainly affected by the source of power.收稿日期：2019−03−09；修回日期：2019−05−06基金项目(Foundation item)：国家重点研发计划(2018YFC0808100)；国家自然科学基金资助项目(51574193)；陕西省科技计划(2017ZDXM-SF-092)(Project(2018YFC0808100)supported by the National Key R&D Program of China；Project(51574193) supported by the National Natural Science Foundation of China；Project(2017ZDXM-SF-092)supported by the Science and Technology Plan of Shaanxi Province)通信作者：马砺，博士，教授，从事火灾防控理论与应急救援技术研究；E-mail:******************DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2019.12.026第50卷中南大学学报(自然科学版)Key words:longitudinal ventilation;tunnel fire;scale model;temperature characteristics地铁属于地下半封闭的空间，一旦发生火灾，由于内部空间相对狭长，逃生条件差，疏散救援困难将造成大量的人员伤亡[1]。

纵向风温度对隧道火灾烟气逆流长度和临界风速影响的模拟研究高天阳【摘要】运用数值模拟软件,对不同纵向风温度下,隧道火灾的发展进行模拟,模拟结果显示,随着纵向风温度的增大,隧道火灾烟气逆流长度不断减小,相对应的抑制烟气逆流的临界风速也不断减小.因此对隧道消防提出相应的排烟建议,即可以通过增大纵向风温度的方法更好的进行隧道火灾排烟.【期刊名称】《武警学院学报》【年(卷),期】2015(031)012【总页数】4页(P10-13)【关键词】隧道火灾;纵向风;温度;排烟【作者】高天阳【作者单位】北京大兴区消防支队,北京102600【正文语种】中文【中图分类】U458.1;D631.6隧道火灾作为危害最严重的火灾类型之一，虽然其发生火灾的频率并不如其他建筑物大，但一旦隧道火灾发生，其必将会造成较大的人员伤亡和财产损失，社会危害性极大。

研究隧道火灾的发生发展及其相应的规律，对于更好的控制隧道火灾，消除火灾隐患具有重要的现实意义。

对于隧道火灾的研究，学界的研究方法主要有试验方法和数值模拟方法，数值模拟的方法在试验条件受到限制的时候，可以很好地辅助对火灾的研究[1-2]。

国内外，关于运用数值模拟的方法对隧道火灾的研究已取得许多重要的成果。

其中最重要的是运用NIST开发的FDS数值模拟软件对火灾的发展及控制进行模拟。

W.K. Chow等人运用该类软件对隧道火灾火羽流及烟气蔓延特性进行了模拟。

S. Bari运用FLUENT预测了隧道火灾情况下，隧道内温度场的分布、烟气运动等特征[3-4]。

国内胡隆华等人通过FDS对火灾在不同隧道坡度情况下的发展进行了模拟研究。

在隧道火灾的研究中，烟气的逆流长度和相对应的临界风速是学者们比较关心的问题。

1.1 定义在隧道发生火灾时，火灾产生的烟气会冲击顶棚，当烟气达到顶棚时会逐渐下降并形成烟气层。

此时，需要机械排烟的方法来清除隧道内的烟气来保证人员安全。

烟气逆隧道纵向风运动的现象，即为烟气的逆流现象，烟气逆纵向风蔓延距火源的长度即为烟气的逆流长度。