某综合管廊火灾烟气数值模拟研究

发布时间：2020-05-23 12:46

【摘要】：随着社会的发展,城镇化进程不断加深,城市可利用的土地面积日益减少,地面空间已不能满足人们的生产生活需求,地下空间结构发展受到越来越多的关注。其中地下综合管廊的应用,不仅有效利用了地下空间,而且还节约了土地资源。地下综合管廊将给排水、通信、热力、燃气等各类市政综合管线于地下集中铺设,形成公共隧道空间。并且设置专用的检修口,通风排烟口,吊装口和消防系统,是一种现代化,通过科学方法有效管理的重要市政基础设施。由于综合管廊埋藏在地下,有发生火灾的危险,发生火灾不仅危害管廊内部工作人员的人身安全,而且还会造成巨大的经济损失。因此,在大力开展综合管廊建设的新时期,研究综合管廊火灾发展过程,烟气蔓延规律和灾后通风排烟,对于提高综合管廊的消防设计标准,消除综合管廊火灾隐患,具有重要的意义。本文选取重庆市垫江县某综合管廊电缆舱室为研究对象,建立模型,设置相关参数,对管廊发生火灾后关闭通风口和防火门进行模拟,分析了火灾发展、热释放速率和烟气蔓延的规律特点,并以此为参考数据,结合规范,根据不同通风方式设计了不同通风工况,研究了不同通风方式下的灾后排烟效果,为管廊灾后进行排烟提出可行性建议。(1)场景一研究了发生火灾后关闭通风口和防火门,火灾发展和烟气蔓延规律以及温度、CO浓度和CO_2浓度分布特点。在T=207s,火源功率达到2MW,在T=490s,热释放速率达到峰值18MW。随着火灾的发展,管廊的氧气被不断消耗。在T=533s到T=610s,热释放速率开始迅速下降。在T=650s左右,火焰因缺氧而熄灭,热释放速率逐渐降至零。在密闭状态下,管廊内的烟气、温度、CO浓度、CO_2浓度均呈现对称分布,其中火源中心测点处的温度大于距离火源两侧的温度,距离火源越近,温度就越高。在人眼高度1.6m处,火源中心测点A的最大温度可达到200℃,距离火源中心两侧50m的测点B和D,100m的测点C和E的温度可达到80℃。CO和CO_2浓度在前期快速上升后趋于稳定,CO浓度峰值可达2000ppm左右,CO_2体积分数峰值可达6%左右。(2)场景二采用机械进风和机械排风的方式进行灾后排烟,以进风口风速为变量,出风口风速为定量分别设计四种工况。工况二到工况五进风口风速分别设定为0.2m/s、0.5m/s、0.8m/s和1m/s,出风口风速均设定为2m/s。四种工况中,只有工况三在模拟结束时大部分烟气被排出,管廊能见度达到15m以上,工况二、工况四和工况五均有部分烟气未被排出。四种工况下的温度均降至环境初始温度,工况二的CO浓度和CO_2浓度在模拟结束时,未降到安全评价指标以内,工况三、工况四和工况五均降至安全评价指标以内。采用机械进风和机械排风,进风口风速越大,未必有利于排烟。(3)场景三进风口采用自然通风,出风口采用机械排风的方式进行灾后排烟,设计三种工况。工况六、工况七和工况八进风口均设置为open,出风口风速分别设定为2m/s、3m/s和4m/s。工况六在模拟时间结束时,火源中心左侧剩余大量烟气未被排出,管廊整体能见度低于10m,CO浓度和CO_2浓度未达到安全值以内;工况七和工况八的排烟效果理想,整体能见度达到20m以上,温度、CO浓度和CO_2浓度均降到了安全值以内。(4)场景四进风口采用机械进风,出风口采用自然通风的方式进行灾后排烟设计三种工况。工况九、工况十、工况十一的进风口风速分别设定为2m/s、3m/s和4m/s,出风口均设置为open。场景四的三种工况,在前期管廊内的烟气能够快速排出,但随着时间的推移,由于管廊防火区间较长,进风口和通风口距离较远,在未安装射流风机的情况下,风压不能将出风口聚集的高温烟气“压出”。由此导致从进风口进入的冷空气被高温烟气“加热”,形成大量的热空气,致使管廊内的温度逐渐升高至70℃以上。场景四的三种工况下,只有工况十一的CO浓度和CO_2浓度降到了安全值以内。因此,在实际的灾后排烟中,不宜采用此种方式进行排烟。管廊内灾后排烟建议采用机械进风和机械排风或者进风口采用自然进风,出风口采用机械排风的方式进行排烟,从经济角度考虑,更建议采用自然进风和机械排风的方式进行灾后排烟。
【图文】：

工况,测点,温度变化,能见度

图 5-23 T=3600s 不同工况能见度对比图...................................................................................45图 5-24 人眼高度处 Z=1.6m 不同工况温度对比图................................................................... 46图 5-25 人眼高度处 Z=1.6m 不同工况 CO 浓度对比图............................................................47图 5-26 人眼高度处 Z=1.6m 不同工况 CO2浓度对比图...........................................................48图 5-27 （工况六）Y=1.8 截面不同时刻能见度云图（m）......................................................49图 5-28 （工况六）人眼高度处 Z=1.6m 不同测点温度变化图.................................................50图 5-29 （工况六）人眼高度处 Z=1.6m 不同测点 CO 浓度变化图..........................................50

示意图,管廊,示意图

图 1-1 综合管廊示意图世界上第一项地下综合管廊工程诞生于 19 世纪的法国巴黎。1833 年，巴黎政府开始规划建设地下下水管道系统，将城市自来水管道，市政交通信号电缆，通讯电缆以及压缩空气管道埋置于地下空间结构，，形成了早起的城市地下综合管廊形式。随着
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU990.3

【参考文献】