封堵及注氮对隧道火灾火行为和温度场影响的实验研究
发布时间：2021-08-07 19:49
随着经济社会发展需求和建筑技术进步,数量越来越多和规模越来越大的隧道建筑快速出现并在人们日常生产生活中发挥着不可替代的作用。由于隧道空间狭长且受限的特性,高温有毒烟气在隧道内聚集,火灾扑救十分困难。近些年来,国内外陆续发生了一些造成群死群伤和严重结构损害的特大隧道火灾事故,引起了部分学者的广泛关注。本文通过缩尺寸模型实验的方法对隧道火灾现有研究较为欠缺的封堵和注氮灭火领域进行了如下几方面研究:通过改变火源功率和初始隧道通风条件,研究了开敞和封闭隧道对火源热释放速率、顶棚下方烟气最高温度和隧道纵向温度分布的影响。实验发现不同于开敞隧道,封闭隧道中燃烧分为发展、准稳定、衰减、二次稳定和熄灭五个阶段,火焰形态、热流和质量损失速率及火源正上方烟气温度均随燃烧阶段性变化。通过无量纲拟合的方法,得出了预测开敞和封闭条件下隧道顶棚下方烟气最高温度和纵向温度分布的经验公式,发现对隧道进行完全封堵会显著提高隧道内整体温度,但对隧道纵向温度分布规律影响不大。通过不同封堵状态和封堵时刻的组合,得出隧道火灾其受耦合作用影响的实验数据。实验发现,在0 s、50 s、200 s进行任意条件封堵,均能有效控制火灾发...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
2隧道火灾模型实验理论基础及实验装置概述17式中，Fr为弗鲁德数；fg、mg为重力加速度，m/s2。基于弗鲁德相似准则得出的模型尺寸实验与全尺寸实验重要参数比例[42]如表2-1所示。表2-1重要参数比例关系Table2-1Theratioofimportantparameters参数类型比例关系公式编号热释放速率（kW）2/5)/(mfmfQllQ（2.5）温度（℃）mfTT（2.6）时间（s）mftt（2.7）热流（kW/m2）2/1)/(mfmfllqq（2.8）速度（m/s）2/1)/(mfmfllvv（2.9）质量流量（kg/s）2/5)/(mfmfllmm（2.10）2.2实验装置概述（OverviewofExperimentalDevice）2.2.1数据采集系统（1）燃料称重系统实验采用两个国产大洋S型拉压力传感器采集柴油油池的质量变化数据，型号为DYLY-103，具有测量精度高，稳定性好，输出对称性好等优点。单个传感器量程为30kg，综合精度为0.03%，工作温度范围为-20℃到80℃，通过双层石膏板的隔热保护，足以满足在隧道内部测量需求。为实现质量数据的高速采集，搭配使用大洋D054A型称重/测力控制器，对称重传感器进行校准和非线性修正，通过执行Modbus-RTU协议和主动发送协议的RS485接口传回计算机中并通过专业称重测试软件处理，采集频率为每秒75次。（a）DYLY-103型拉压力传感器（b）D054A型称重/测力控制器图2-1燃料称重系统
硕士学位论文18Figure2-1Fuelweighingsystem（2）热流测量系统本文通过在火源附近放置热流计探头的方式，实时监测火源附近热流值变化。在被封堵的隧道环境中，燃烧由燃料控制转为通风控制，火源功率因氧气供给不足而受到抑制，燃烧效率下降且难以估计。此时用失重法计算得出的热释放速率不再准确，故本文用热流值间接探究火源实时热释放速率变化。本文所采用菲尼克斯生产的热流计（如图2-2），测量范围为0~120kW/m2，测量误差为±3%。图2-2热流计探头Figure2-2Heatflowmeterprobe（3）温度测量系统本文使用K型热电偶搭配美国安捷伦科技有限公司的Aglient34970A数据采集器进行温度测量，如图2-3。K型热电偶精确测量的温度上限为1000摄氏度，具有精度高、线性度好、热电动势较大、安装简便等优点。搭配Aglient34970A数据采集器和自带采集软件，可实现在计算机图形界面上对温度实时采集、显示，测量频率为4s每次。（a）Aglient34970A数据采集器（b）K型热电偶图2-3温度测量系统Figure2-3Temperaturemeasurementsystem（4）图像采集系统实验通过高清网络摄像机观察记录火焰形态、烟气沉降等现象，但在设计隧道封堵的工况中，烟气的沉降和对火焰的抑制会阻碍对火焰形态的直接观察，此时红外热像仪能透过烟气清晰记录火焰形态。实验选用巨哥电子生产的MAG30
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷头间距对城市隧道细水雾灭火的影响研究[J]. 张杰,吴尚红,杨猛,熊正. 中国安全生产科学技术. 2018(12)
[2]城市地下综合管廊建设研究及装配式钢制综合管廊应用初探[J]. 王靖. 中国勘察设计. 2017(07)
[3]综合管廊内利用高倍数泡沫灭火的可行性研究[J]. 林川靖,方正,廖宇凡,刘洋,娄岩岩,高书贤,王旭冉. 建材与装饰. 2017(28)
[4]某地下隧道细水雾灭火有效性的FDS模拟研究[J]. 赵道亮,孙明杰,刘沛辰. 应用技术学报. 2017(01)
[5]纵向风速对隧道中细水雾灭火效果的影响研究[J]. 李梦,刘申友,姚斌,石晓龙,林彬. 火灾科学. 2017(01)
[6]不同类型车辆的火灾热释放速率[J]. 李国辉. 消防科学与技术. 2016(05)
[7]竖井送排式通风隧道火灾温度分布特征模型试验研究[J]. 万良勇,郭佳奇,王梦恕. 土木工程学报. 2015(S1)
[8]晋济高速岩后隧道“3·1”事故追踪[J]. 韩颖. 劳动保护. 2014(04)
[9]公路隧道火灾灭火剂供给强度研究[J]. 曹鏐,李本利. 消防科学与技术. 2013(02)
[10]公路隧道火灾事故调查分析[J]. 曾磊,王少飞,林志,刘桂强. 现代隧道技术. 2012(03)
博士论文
[1]受限出口边界下隧道火灾火行为和烟气输运规律研究[D]. 姚勇征.中国科学技术大学 2019
[2]隧道火灾发展特性及竖井自然排烟方法研究[D]. 范传刚.中国科学技术大学 2015
[3]典型电缆燃烧性能研究[D]. 付强.中国科学技术大学 2012
[4]隧道火灾烟气的温度特征与纵向通风控制研究[D]. 李立明.中国科学技术大学 2012
[5]防灭火三相泡沫在采空区中的流动特性与应用[D]. 时国庆.中国矿业大学 2010
[6]聚氯乙烯电缆火灾特性及其影响因素研究[D]. 王蔚.中国科学技术大学 2008
硕士论文
[1]特长铁路隧道救援站内压缩空气泡沫灭火性能研究[D]. 钟声远.天津商业大学 2017
[2]高倍数泡沫在综合管廊中防火分隔的研究[D]. 廖宇凡.武汉大学 2017
[3]细水雾技术在隧道中应用的实验与数值模拟研究[D]. 李梦.中国科学技术大学 2016
[4]两江新区过水隧道施工全过程力学行为研究[D]. 郑淳.重庆交通大学 2015
[5]重载铁路隧道极富燃料火灾特性及封堵控制研究[D]. 纪道溪.中南大学 2012
本文编号：3328426
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
2隧道火灾模型实验理论基础及实验装置概述17式中，Fr为弗鲁德数；fg、mg为重力加速度，m/s2。基于弗鲁德相似准则得出的模型尺寸实验与全尺寸实验重要参数比例[42]如表2-1所示。表2-1重要参数比例关系Table2-1Theratioofimportantparameters参数类型比例关系公式编号热释放速率（kW）2/5)/(mfmfQllQ（2.5）温度（℃）mfTT（2.6）时间（s）mftt（2.7）热流（kW/m2）2/1)/(mfmfllqq（2.8）速度（m/s）2/1)/(mfmfllvv（2.9）质量流量（kg/s）2/5)/(mfmfllmm（2.10）2.2实验装置概述（OverviewofExperimentalDevice）2.2.1数据采集系统（1）燃料称重系统实验采用两个国产大洋S型拉压力传感器采集柴油油池的质量变化数据，型号为DYLY-103，具有测量精度高，稳定性好，输出对称性好等优点。单个传感器量程为30kg，综合精度为0.03%，工作温度范围为-20℃到80℃，通过双层石膏板的隔热保护，足以满足在隧道内部测量需求。为实现质量数据的高速采集，搭配使用大洋D054A型称重/测力控制器，对称重传感器进行校准和非线性修正，通过执行Modbus-RTU协议和主动发送协议的RS485接口传回计算机中并通过专业称重测试软件处理，采集频率为每秒75次。（a）DYLY-103型拉压力传感器（b）D054A型称重/测力控制器图2-1燃料称重系统
硕士学位论文18Figure2-1Fuelweighingsystem（2）热流测量系统本文通过在火源附近放置热流计探头的方式，实时监测火源附近热流值变化。在被封堵的隧道环境中，燃烧由燃料控制转为通风控制，火源功率因氧气供给不足而受到抑制，燃烧效率下降且难以估计。此时用失重法计算得出的热释放速率不再准确，故本文用热流值间接探究火源实时热释放速率变化。本文所采用菲尼克斯生产的热流计（如图2-2），测量范围为0~120kW/m2，测量误差为±3%。图2-2热流计探头Figure2-2Heatflowmeterprobe（3）温度测量系统本文使用K型热电偶搭配美国安捷伦科技有限公司的Aglient34970A数据采集器进行温度测量，如图2-3。K型热电偶精确测量的温度上限为1000摄氏度，具有精度高、线性度好、热电动势较大、安装简便等优点。搭配Aglient34970A数据采集器和自带采集软件，可实现在计算机图形界面上对温度实时采集、显示，测量频率为4s每次。（a）Aglient34970A数据采集器（b）K型热电偶图2-3温度测量系统Figure2-3Temperaturemeasurementsystem（4）图像采集系统实验通过高清网络摄像机观察记录火焰形态、烟气沉降等现象，但在设计隧道封堵的工况中，烟气的沉降和对火焰的抑制会阻碍对火焰形态的直接观察，此时红外热像仪能透过烟气清晰记录火焰形态。实验选用巨哥电子生产的MAG30
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷头间距对城市隧道细水雾灭火的影响研究[J]. 张杰,吴尚红,杨猛,熊正. 中国安全生产科学技术. 2018(12)
[2]城市地下综合管廊建设研究及装配式钢制综合管廊应用初探[J]. 王靖. 中国勘察设计. 2017(07)
[3]综合管廊内利用高倍数泡沫灭火的可行性研究[J]. 林川靖,方正,廖宇凡,刘洋,娄岩岩,高书贤,王旭冉. 建材与装饰. 2017(28)
[4]某地下隧道细水雾灭火有效性的FDS模拟研究[J]. 赵道亮,孙明杰,刘沛辰. 应用技术学报. 2017(01)
[5]纵向风速对隧道中细水雾灭火效果的影响研究[J]. 李梦,刘申友,姚斌,石晓龙,林彬. 火灾科学. 2017(01)
[6]不同类型车辆的火灾热释放速率[J]. 李国辉. 消防科学与技术. 2016(05)
[7]竖井送排式通风隧道火灾温度分布特征模型试验研究[J]. 万良勇,郭佳奇,王梦恕. 土木工程学报. 2015(S1)
[8]晋济高速岩后隧道“3·1”事故追踪[J]. 韩颖. 劳动保护. 2014(04)
[9]公路隧道火灾灭火剂供给强度研究[J]. 曹鏐,李本利. 消防科学与技术. 2013(02)
[10]公路隧道火灾事故调查分析[J]. 曾磊,王少飞,林志,刘桂强. 现代隧道技术. 2012(03)
博士论文
[1]受限出口边界下隧道火灾火行为和烟气输运规律研究[D]. 姚勇征.中国科学技术大学 2019
[2]隧道火灾发展特性及竖井自然排烟方法研究[D]. 范传刚.中国科学技术大学 2015
[3]典型电缆燃烧性能研究[D]. 付强.中国科学技术大学 2012
[4]隧道火灾烟气的温度特征与纵向通风控制研究[D]. 李立明.中国科学技术大学 2012
[5]防灭火三相泡沫在采空区中的流动特性与应用[D]. 时国庆.中国矿业大学 2010
[6]聚氯乙烯电缆火灾特性及其影响因素研究[D]. 王蔚.中国科学技术大学 2008
硕士论文
[1]特长铁路隧道救援站内压缩空气泡沫灭火性能研究[D]. 钟声远.天津商业大学 2017
[2]高倍数泡沫在综合管廊中防火分隔的研究[D]. 廖宇凡.武汉大学 2017
[3]细水雾技术在隧道中应用的实验与数值模拟研究[D]. 李梦.中国科学技术大学 2016
[4]两江新区过水隧道施工全过程力学行为研究[D]. 郑淳.重庆交通大学 2015
[5]重载铁路隧道极富燃料火灾特性及封堵控制研究[D]. 纪道溪.中南大学 2012
本文编号：3328426
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