集中排烟隧道吸穿现象及排烟效率研究

发布时间：2020-06-07 12:25

【摘要】：随着城市的日益扩张,隧道作为人员同行和物品交换的媒介通道,正扮演者越来越重要的角色,隧道火灾问题也因此越来越受到关注。集中排烟作为新兴的排烟方式,相比纵向排烟和横向排烟有着独特的优势,本文通过小尺寸实验、理论分析和数值模拟的方式,对集中排烟隧道内烟气层吸穿现象及最宜排烟效率进行研究,期望通过对吸穿和排烟效率的研究,为某实际隧道集中排烟得到合适的排烟风量。本文的主要内容及研究成果如下:通过开展小尺寸隧道模型集中排烟实验研究单排烟口不同排烟风量下的吸穿现象,实验研究了隧道集中排烟排烟口下方烟气层的吸穿过程,计算得到了完全吸穿时的弗劳德数的数值接近1.8,分析了集中排烟隧道排烟口下方烟气层的温度和厚度变化,研究了单排烟口下方烟气层温度和厚度随排烟风量改变的变化趋势,分析了排烟过程中的未吸穿区、过渡区和完全吸穿区。计算不同排烟风量下的弗劳德数,验证了计算所得的弗劳德数与实际情况十分接近,得到了单排烟口发生临界吸穿和完全吸穿的临界弗劳德数分别在1.2和1.8左右。为了分析数值模拟是否能用于研究集中排烟吸穿现象,使用FDS建立与小尺寸实验相同的模型,设定相同的工况进行模拟。对比了火源功率、排烟口下方测点温度、烟气层厚度等一系列参数,验证了数值模拟数据和实验结果差距在10%以内,数值模拟可以用来十分准确的研究隧道集中排烟吸穿现象,通过数值模拟图像化分析了隧道单排烟口下方烟气层的温度和速度矢量,分析发现,低排烟量下,由于一维定常流动的存在,排烟口下方吸穿区的空气补充主要由烟气补充,排烟风量过大时由下方空气补充。通过全尺寸数值模拟分析了实际隧道集中排烟不同排烟风量条件下,烟气的扩散范围,研究了不同排烟风量下温度和CO浓度在隧道不同位置的分布,分析了温度和CO的传播速度和距离收排烟风量的影响。通过在排烟口测量排出CO_2质量与CO_2生成质量进行计算,得到单个排烟口排烟效率和总体排烟效率,研究排烟效率随排烟风量增大的能效比曲线,得出最合适的排烟风量。图31表7参72
【图文】：

.1 研究背景近年来，随着城市的日益扩张，地区人口流动越加频繁，隧道作为连通两员和物品交换的通道，正扮演者越来越重要的角色。根据 2017 年交通部的数据[1]，我国年末全国铁路营业里程达到 12.7 万公里，全国公路总里程 47公里，全国公路隧道共计 16229 处，长达 1528.51 万米，其中，特长隧道、401.32 万米，长隧道 3841 处、659.93 万米，相较于 2011 年[2]底的 852长了 7707 处隧道。隧道在为交通运输和人员往来带来巨大便利的同时，也出现了一系列的隧灾和安全问题。根据相关资料显示，公路隧道的火灾风险大约是铁路隧道~25 倍[3]，国内的火灾频率大概在 10 次/（亿·车·公里）到 17 次/（亿·车）之间[4]，日本的隧道火灾频率为 0.5 次/（亿·车·公里）[5]，国外的隧道风险大概在 20 次/（亿·车·公里）左右[6]。

采用集中排烟模式的隧道通常留出适当的空间设置排烟道，顶棚集中排置在顶棚处，侧向集中排烟一般会在侧边涵洞结合缆线洞设置，隧道正进行纵向通风排出污浊空气，避免人员处在高 CO 和尾气污染的状态只使用隧道内的轴流风机。一旦发生火灾，在设定时间后，，隧道内的排烟风机打开，纵向通风的轴流风机也改变方向或加大风量，将烟气抽入中，最后排出隧道。这样带来的问题在于，如果排烟风量过大，会造成近的烟气卷吸程度增大，使得空气层与烟气层掺混，破坏烟气层的稳温度和气体浓度扩散加剧，影响隧道内的温度和气体浓度分布。同时，过大时，会导致烟气层被吸穿，空气被吸入排烟阀中，影响排烟效率。最排烟道的摩擦作用和排烟口分布位置不同，各个排烟口的排烟效率也会 隧道火灾烟气蔓延过程ⅡⅣ ⅤⅢ
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U453.5;U458.1

【参考文献】

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本文编号：2701414