公路隧道沥青路面燃烧机制及影响因素的研究

发布时间：2017-06-13 23:04

  本文关键词：公路隧道沥青路面燃烧机制及影响因素的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：公路隧道由于其特殊的结构物类型,隧道中一旦发生交通事故,很容易由于汽车碰撞而引起火灾。隧道发生火灾时,洞内的温度急剧上升,并且产生大量烟气,造成无法估计的经济损失以及人员伤亡。因此,开展对于沥青路面的燃烧机制以及影响因素的分析具有重要的现实意义。在总结分析国内外对沥青及沥青混合料燃烧试验,阻燃剂的研制开发以及理论计算研究的基础上,从可燃液体在沥青混合料上的渗透模式以及燃烧模式两个方面,深入分析了沥青混合料的燃烧机制以及对应的影响燃烧机制的因素。首先选取了水、酒精和汽油三种不同类型的液体,分析了它们在沥青混合料上的渗透模式以及可燃液体(酒精、汽油)在沥青混合料上的燃烧分析。其次,通过沥青混合料的燃烧试验和模拟隧道路面火灾试验,得出了沥青混合料的燃烧机制及其影响因素。最后运用流体动力学CFD软件FLUENT,模拟了隧道发生火灾时的温度以及烟气流动情况。具体研究内容和成果如下:(1)采用SK-70的基质沥青以及两种添加剂:SBS改性剂和聚磷酸铵阻燃剂,通过沥青性能的相关实验确定了最佳的添加剂比例。并且选取了工程实际中常用的AC-13和SMA-13级配,通过马歇尔试验确定最佳油石比,制成燃烧试验所需要的沥青混合料。(2)开展了对液体,尤其是可燃液体在两种不同级配的沥青混合料上的渗透模式以及燃烧模式研究。采用将液体倾倒在沥青混合料上的扩散面积来计算液体在垂直方向的渗透度和水平方向的渗透度。结果表明可燃液体在AC-13级配的沥青混合料上的垂直渗透度大于等质量液体在SMA-13级配沥青混合料上的垂直渗透度。而对于燃烧模式的研究,研究结果表明与渗透模式相似,即AC-13级配的沥青混合料垂直燃烧度大于水平燃烧度,此外可燃液体在沥青混合料上的垂直燃烧度远大于对应其在水平方向的燃烧度。(3)深入研究了沥青混合料的燃烧机制。通过单独燃烧一定质量的汽油和将其助燃沥青混合料在时间上的对比,发现沥青混合料的燃烧时间基本在单独燃烧汽油的时间2倍以上,说明沥青在沥青混合料的燃烧过程中起促进作用。而对于燃烧机制的影响因素,本文主要选取了级配和沥青性能两个方面进行分析。通过马歇尔试件的燃烧试验和车辙试件在模型隧道中的燃烧试验,结果表明SMA-13级配的沥青混合料燃烧时间比AC-13的长。而沥青性能方面,加了阻燃剂的沥青混合料燃烧时的表面温度要低于同样级配下的基质沥青和SBS改性沥青混合料。(4)本论文还开展了通过流体动力学CFD软件对隧道内发生火灾进行了数值模拟,具体分析了两种不同的工况。结果表明在实际火灾过程中,火势一开始沿着与行车道垂直的方向向洞顶扩散,再到贴着路面方向的扩散。模拟情况还包括在不同的通风风速下的燃烧情况,结果表明在入口处机械通风风速为1m/s时,火灾所产生的烟气会随着风向被吹散,形成单向扩散。除以上两种工况外,还对相应的救援机制和防灾安全提出了建议。
【关键词】：隧道路面 隧道火灾 燃烧模式 燃烧机制 数值模拟
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.217
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题提出的目的以及研究意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-19
• 1.2.1 国内研究现状13-17
• 1.2.2 国外研究现状17-19
• 1.3 主要研究内容19-20
• 1.4 本文技术路线20-21
• 第二章 可燃液体的扩散模式研究21-50
• 2.1 引言21
• 2.2 燃烧路面的沥青混合料性能21-36
• 2.2.1 燃烧试验路面的沥青性能21-27
• 2.2.2 集料性能27-29
• 2.2.3 级配类型的选取29-31
• 2.2.4 沥青混合料的最佳沥青含量31-33
• 2.2.5 沥青混合料的高温稳定性33-36
• 2.3 可燃液体在不同路面类型中的扩散模式研究36-45
• 2.3.1 易燃液体泄漏扩散的概述36-37
• 2.3.2 可燃液体在路面中的扩散模型37
• 2.3.3 液体在路面中的扩散模式试验37-43
• 2.3.4 不同液体的渗透模式与沥青混合料级配的关系43-45
• 2.4 可燃液体在沥青混合料上燃烧的模式研究45-48
• 2.4.1 可燃液体在沥青混合料上燃烧模式的试验45
• 2.4.2 燃烧模式试验结果分析45-48
• 2.5 小结48-50
• 第三章 隧道沥青路面燃烧机理及影响因素的试验研究50-76
• 3.1 引言50
• 3.2 沥青对沥青混合料燃烧的影响50-53
• 3.3 敞开空间下沥青混合料的燃烧试验53-61
• 3.3.1 马歇尔试件的燃烧试验53-56
• 3.3.2 马歇尔试件燃烧试验分析56-61
• 3.4 公路隧道空间内不同混合料沥青路面燃烧模拟试验61-69
• 3.5 隧道空间沥青路面燃烧模拟火灾的实验结果69-74
• 3.5.1 燃烧时间69
• 3.5.2 燃烧时的温度69-71
• 3.5.3 温度梯度及可燃液体的燃烧速率71-74
• 3.6 燃烧机制以及影响因素分析74
• 3.7 小结74-76
• 第四章 隧道火灾的流体动力学CFD数值模拟研究76-102
• 4.1 引言76-77
• 4.2 隧道火灾CFD研究理论基础77-84
• 4.2.1 质量守恒方程77-78
• 4.2.2 动量守恒方程78-79
• 4.2.3 能量守恒方程79
• 4.2.4 湍流模型79-81
• 4.2.5 辐射模型81-82
• 4.2.6 燃烧子模型82-84
• 4.3 隧道火灾CFD求解方法84-87
• 4.3.1 控制方程的通用形式84-85
• 4.3.2 建立离散方程的方法85-86
• 4.3.3 离散方程的基本解法86-87
• 4.4 隧道火灾CFD模拟建模方法87-91
• 4.4.1 计算软件的选取87
• 4.4.2 建模中关键参数的处理87-88
• 4.4.3 火灾源88-90
• 4.4.4 火灾规模的确定90-91
• 4.5 几何模型及计算条件91-94
• 4.5.1 实际工程概况91-92
• 4.5.2 模型建立以及边界条件92-94
• 4.6 数值模拟的火灾工况94-100
• 4.6.1 工况Ⅰ——不同规模火灾发生于隧道中部的模拟分析94-97
• 4.6.2 工况Ⅱ——机械通风下的燃烧模拟分析97-100
• 4.7 小结100-102
• 第五章 结论与展望102-105
• 5.1 主要结论102-103
• 5.2 进一步研究的建议103-105
• 致谢105-106
• 参考文献106-110
• 在学期间发表的论文和取得的学术成果110

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 马红全,王颖;改善沥青混合料高温稳定性的措施[J];交通科技与经济;2003年02期

2 唐世红 ,赵福祥 ,孙兴平;浅谈沥青混合料的再生及设备[J];工程机械;2004年01期

3 君洁;21世纪的沥青混合料公路[J];交通世界;2004年04期

4 俊杰;欧洲沥青混合料的标准化[J];交通世界;2004年09期

5 李祝龙,丁小军,赵述曾,吴德平;沥青混合料应用中的环境保护[J];交通运输工程学报;2004年04期

6 Elk Richter,Willi Dietrich;复合式沥青混合料修复与筑路新设备[J];工程机械;2005年01期

7 王艳丽;;改善沥青混合料高温稳定性的措施[J];黑龙江交通科技;2006年02期

8 孙朝云;沙爱民;姚秋玲;张惠玲;;沥青混合料自动检测系统研究[J];仪器仪表学报;2006年04期

9 王颖;王永生;;浅析纤维对沥青混合料的作用[J];交通科技与经济;2006年04期

10 陈为成;张玉斌;;SMA沥青混合料在亳阜高速公路中的应用[J];交通标准化;2006年10期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 张成功;;温拌沥青混合料施工应用[A];全国城市公路学会第二十次学术年会论文集[C];2011年

2 邱峰涛;王哓建;郑鑫;;温拌沥青混合料概述[A];第十届中国科协年会论文集（四）[C];2008年

3 袁晓宇;汤文辉;张若棋;;沥青混合料本构方程理论分析[A];第五届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2008年

4 张成功;任立忠;;温拌沥青混合料应用技术探讨[A];全国城市公路学会第十八届学术年会论文集[C];2009年

5 杨圣枫;杨新华;陈传尧;;粒径和骨料级配对沥青混合料流变行为的影响[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

6 蔡绪梅;王芳;;利用试验数据有效指导沥青混合料生产[A];公路交通与建设论坛（2009）[C];2010年

7 丁育青;刘海;汤文辉;冉宪文;;一种沥青混合料在冲击载荷下的动态本构关系[A];第六届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2010年

8 宋晓燕;李源渊;周卫峰;;温拌沥青混合料的性能及工程应用研究[A];第十三届中国科协年会第19分会场-公路在综合交通运输体系中的地位和作用研讨会论文集[C];2011年

9 吴建昌;;热铺沥青混合料变异分析与控制[A];中国公路学会2002年学术交流论文集[C];2002年

10 喻光华;喻荣华;黄善华;曾辉;;沥青混合料施工配筛[A];中国公路学会2003年学术年会论文集[C];2003年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 黄继汇;壳牌在华推出沥青混合料业务[N];中国证券报;2008年

2 雨文;壳牌在华启动沥青混合料业务[N];中国建材报;2008年

3 记者 栗清振;壳牌在中国推出沥青混合料业务[N];中国石油报;2008年

4 周中华;沥青混合料力学机理研究取得突破[N];中国交通报;2007年

5 马昭;两项研究成果国内领先[N];西安日报;2007年

6 李宝凡邋记者 王迪;沥青混合料再生修补车标准鞍山制定[N];鞍山日报　;2007年

7 李铮;环保沥青混合料扮靓长安街[N];科技日报;2009年

8 项煜虹;长安街披上环保衣[N];大众科技报;2009年

9 郭少言 刘崭;西安公路院成功研制沥青混合料微波加热车[N];中国交通报;2010年

10 首席记者 齐泽萍;我省温拌沥青混合料技术达国际先进水平[N];山西经济日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 丁彪;考虑加载历史的沥青混合料疲劳损伤性能研究[D];长安大学;2015年

2 王毅;沥青混合料细观疲劳机制与疲劳预估模型研究[D];长安大学;2015年

3 王聪;基于CT技术的沥青混合料均匀性及最佳沥青用量研究[D];大连海事大学;2015年

4 侯明昊;水—温耦合作用对沥青混合料性能影响及防治措施研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

5 董雨明;硬质沥青及其混合料流变特性与低温性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 陈剑华;MA用混合沥青触变及老化特性的多尺度研究与应用[D];华南理工大学;2015年

7 李锐铎;基于分数阶导数理论的沥青胶砂及混合料力学特性研究[D];郑州大学;2016年

8 张蕾;基于细观分析的沥青混合料组成结构研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

9 刘建勋;温拌沥青混合料施工关键技术研究[D];长安大学;2010年

10 吕得保;沥青混合料施工温度控制研究[D];吉林大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈思宇;基于芯样性能的沥青混合料均匀性分析[D];华南理工大学;2015年

2 赵大勇;基于灰色关联分析的沥青混合料紫外线老化影响因素研究[D];西安建筑科技大学;2015年

3 化高伟;抗紫外光添加剂对改善沥青及沥青混合料路用性能的对比研究[D];西安建筑科技大学;2015年

4 李正道;大粒径透水性沥青混合料组成设计及适用性研究[D];郑州大学;2015年

5 苏沛;基于离散元法的沥青混合料真空压实特性研究[D];长安大学;2015年

6 张轲;沥青混合料松散破坏研究[D];长安大学;2015年

7 宋静静;不同拌和类型沥青混合料能耗排放研究[D];长安大学;2015年

8 杨茜;沥青路面用棉秸秆纤维的制备及性能研究[D];长安大学;2015年

9 金浩;抗车辙剂/新型橡胶粉复合改性沥青混合料技术性能研究[D];长安大学;2015年

10 张东阳;沥青混合料粘弹性连续损伤疲劳特性研究[D];长安大学;2015年

  本文关键词：公路隧道沥青路面燃烧机制及影响因素的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：447812