隧道火災(zāi)煙氣的溫度特征與縱向通風(fēng)控制研究.pdf

1、近年來發(fā)生的幾起重大隧道火災(zāi)事故警示人們，隧道在給人們帶來交通便利的同時(shí)，其火災(zāi)安全形勢(shì)也越來越嚴(yán)峻，隧道火災(zāi)如不能得到有效的控制，很有可能帶來災(zāi)難性的后果?；馂?zāi)中造成人員傷亡的最主要因素是燃燒所產(chǎn)生的有毒有害煙氣，因此，隧道火災(zāi)煙氣的特征與控制研究在隧道火災(zāi)安全研究中有著舉足輕重的地位。
　　 本文圍繞隧道火災(zāi)煙氣的溫度特征及其合理控制，采用理論研究、實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析和CFD數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，完成的主要研究工作如下：

2、>　　 建立了自然通風(fēng)和強(qiáng)迫縱向通風(fēng)條件下火災(zāi)煙氣溫度在隧道縱向上的衰減模型。分析火災(zāi)煙氣在隧道頂棚下的發(fā)展特性，從火災(zāi)煙氣的基本控制方程出發(fā)，通過一些合理的假設(shè)對(duì)控制方程進(jìn)行理論推導(dǎo)求解，得到自然通風(fēng)條件下火災(zāi)煙氣溫度在矩形截面隧道縱向上的分布模型；提出特征水力直徑的概念，將矩形截面隧道的截面高寬比引入上述模型；研究強(qiáng)迫縱向通風(fēng)條件下隧道內(nèi)通風(fēng)風(fēng)速和火災(zāi)熱釋放速率對(duì)隧道火災(zāi)煙氣流動(dòng)的影響，將縱向通風(fēng)風(fēng)速和火災(zāi)熱釋放速率的影響引入上述

3、模型，使之適用于強(qiáng)迫縱向通風(fēng)條件；在此基礎(chǔ)上，考慮典型的非矩形截面隧道，推導(dǎo)其特征水力直徑，使模型更具有普適性；利用已有的多尺度隧道火災(zāi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和CFD數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)上述模型進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，本文模型能夠很好的預(yù)測(cè)隧道火災(zāi)炯?xì)鉁囟鹊目v向分布特征，具有較高的精度。
　　 通過定義隧道阻塞比分析了隧道火災(zāi)時(shí)車輛阻塞效應(yīng)對(duì)煙氣溫度特征與控制的影響?；馂?zāi)時(shí)火源占據(jù)隧道橫截面部分面積，對(duì)縱向通風(fēng)產(chǎn)生一定阻塞效應(yīng)是更切實(shí)際的隧道火災(zāi)場(chǎng)景

4、，然而前人的關(guān)注很少。隧道阻塞比定義為隧道內(nèi)對(duì)縱向通風(fēng)產(chǎn)生阻塞效應(yīng)的車輛的橫截面面積與隧道橫截面面積的比值。結(jié)合已有的多尺度隧道火災(zāi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和CFD數(shù)值模擬結(jié)果，分析了火災(zāi)煙氣流動(dòng)特性和抑制煙氣逆流的臨界風(fēng)速隨隧道阻塞比的變化情況。研究表明，車輛阻塞改變了火源局部的通風(fēng)條件，小火災(zāi)時(shí)隧道頂棚下最高溫度隨阻塞比的增大而減小，大火災(zāi)時(shí)最高溫度不受阻塞比的影響；隧道臨界風(fēng)速隨阻塞比的增大而減小。在前人經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ)上，引入考慮隧道車輛阻塞效應(yīng)

5、的修正因子，得到了更具有普適性的隧道火災(zāi)最高溫度模型和臨界風(fēng)速模型。
　　 建立了縱向通風(fēng)對(duì)隧道火災(zāi)的強(qiáng)化作用模型。從基本物理現(xiàn)象出發(fā)，通過定義強(qiáng)迫縱向通風(fēng)條件下火災(zāi)熱釋放速率相對(duì)自然通風(fēng)條件下火災(zāi)熱釋放速率的增長(zhǎng)率，推導(dǎo)了熱釋放速率增長(zhǎng)率隨隧道縱向通風(fēng)體積流率與火源質(zhì)量損失速率比值的變化關(guān)系，建立了縱向通風(fēng)對(duì)隧道火災(zāi)熱釋放速率的強(qiáng)化作用模型；利用已有的多尺度隧道火災(zāi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)上述模型進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，隧道火災(zāi)熱釋放速率增長(zhǎng)