典型通风条件下隧道火灾烟气流动及温度特性研究

发布时间：2017-10-12 13:43

  本文关键词：典型通风条件下隧道火灾烟气流动及温度特性研究

  更多相关文章： 数值模拟 隧道火灾 最高烟气温度 地铁换乘车站 火灾烟气控制

【摘要】：随着我国基础设施建设投资的不断增加,交通线网不断完善,公路隧道和铁路隧道的数量不断增加。隧道内空间密闭、狭窄,一旦发生火灾就可能造成巨大的经济损失和人员伤亡。同时,随着城市化进程的加快、地铁线路数量的增多,越来越多的换乘站出现在城市中。因此,交通隧道和地铁换乘车站的防排烟问题引起了广泛的关注。基于此,本文的主要研究内容包括:采用三维稳态CFD数值模拟方法,对已有的小尺寸隧道火灾模型实验进行了模拟。通过将模拟结果与实验结果对比,验证了数值模拟的准确性。在较大热释放率条件下,用Kurioka模型计算预测得到的隧道最高烟气温度与一些学者所开展的全尺寸实验结果存在较大差异。针对这一问题,本文采用数值模拟方法分析了较大热释放速率条件下的隧道最高烟气温度,并根据数值模拟结果对Kurioka模型进行了修正。将修正后的Kurioka模型与既有的全尺寸实验结果进行了对比,证明了修正后的Kurioka模型的可靠性。目前,对于只有一条线路的地铁车站,具有较为成熟、具体、有效的火灾烟气控制策略,而对于地铁换乘车站的火灾烟气控制尚在研究探讨阶段。本文针对既有地铁车站火灾,采用了CFD数值模拟的方法证明了已有控制策略的可靠性;当该车站通过改造成为地铁换乘站后,针对换乘站内不同区域发生火灾的情况,分别提出了针对不同区域的烟气控制策略,并采用CFD数值模拟方法对每种烟气控制策略进行了模拟分析。研究表明,成为换乘站后,上层站台着火时所提出的烟气控制策略能够满足车站内的人员安全疏散要求;下层站台着火时,受制于站台层净高的限制,较大一部分区域无法满足人员安全疏散要求,但加大排烟量后烟气控制效果有所好转。对此,应在实际地铁车站防排烟设计中加以考虑;而换乘通道内着火时,所提出的两种烟气控制方案的实际效果有所差别。本文对既有地铁车站改造成为换乘车站前后,进行了人员疏散分析模拟。分析改造前后的人员疏散耗时。研究表明,人员疏散耗时与车站内人员数量密切相关,且改造后对既有车站人员疏散耗时有一定程度的影响,应在人流量控制方案中加以考虑。
【关键词】：数值模拟 隧道火灾 最高烟气温度 地铁换乘车站 火灾烟气控制
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U458
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-14
• 1.1 研究背景和意义7
• 1.2 纵向通风7-8
• 1.3 国内外研究现状8-13
• 1.3.1 纵向通风下隧道火灾临界通风速率8-9
• 1.3.2 纵向通风下隧道内火灾烟气流动特性9
• 1.3.3 纵向通风下隧道内火灾烟气温度分布特性9-11
• 1.3.4 地铁车站火灾烟气蔓延和人员疏散11-13
• 1.4 本文主要研究内容13-14
• 第2章 数值模拟的理论基础14-23
• 2.1 控制方程14-15
• 2.2 湍流模型15-17
• 2.2.1 直接模拟15
• 2.2.2 大涡模拟15
• 2.2.3 Reynolds时均法15-17
• 2.2.4 浮升力修正17
• 2.3 燃烧模型17-18
• 2.4 辐射模型18-19
• 2.5 控制方程的离散及求解19-21
• 2.6 SIMPLE算法21-22
• 2.7 小结22-23
• 第3章 纵向通风条件下隧道火灾烟气最高温度23-31
• 3.1 目前的研究成果及存在问题23
• 3.2 较小火源热释放速率下最高烟气温度的研究23-27
• 3.2.1 几何模型23-25
• 3.2.2 边界条件25
• 3.2.3 数值模拟工况25-26
• 3.2.4 数值模拟结果及分析26-27
• 3.3 较大火源热释放速率下最高烟气温度的数值研究27-30
• 3.3.1 几何模型、边界条件及模拟工况27-28
• 3.3.2 数值模拟结果28-29
• 3.3.3 Kurioka模型的修正29-30
• 3.3.4 修正后的Kurioka模型验证30
• 3.4 小结30-31
• 第4章 某典型地铁换乘站火灾烟气流动特性与控制策略31-61
• 4.1 地铁车站火灾烟气控制的一般策略31
• 4.2 某典型既有地铁车站火灾烟气流动特性及其控制策略31-37
• 4.2.1 既有地铁线路车站几何模型31-32
• 4.2.2 网格划分及模拟场景设置32-33
• 4.2.3 数值模拟工况及火灾烟气控制策略效果评判依据33-35
• 4.2.4 既有地铁车站火灾数值模拟结果及分析35-37
• 4.3 加入换乘功能后地铁车站火灾烟气流动特性及其控制策略37-60
• 4.3.1 加入换乘功能后地铁车站几何模型37-38
• 4.3.2 网格划分及模拟场景设置38-45
• 4.3.3 数值模拟结果及其分析45-60
• 4.4 小结60-61
• 第5章 地铁车站人员安全疏散61-72
• 5.1 地铁车站几何模型61
• 5.2 人员特性61-65
• 5.2.1 地铁车站内人员数量61-63
• 5.2.2 人员步行速度63
• 5.2.3 人员性别及年龄分布63
• 5.2.4 人员肩宽设定63
• 5.2.5 人员特性汇总63-65
• 5.3 人员疏散模拟工况65-66
• 5.4 人员疏散模拟结果及分析66-71
• 5.5 小结71-72
• 结论与展望72-75
• 结论72-73
• 展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文目录80

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本文编号：1019063