纵向风作用下障碍物对隧道火灾烟气最高温度及逆流行为的影响研究

发布时间：2019-11-21 18:03

【摘要】：隧道由于其特殊的建筑结构,在发生火灾时,其危害性要比其他建筑物火灾大许多,隧道火灾也逐渐成为了大批学者的研究热点。隧道内空间狭小、结构拥挤,一旦发生火灾,火势蔓延迅速,火灾热释放速率极大、消防救援困难,必将造成重大的人员伤亡和财产损失,因此研究隧道火灾的发展对预防隧道火灾的发生和减小事故损失有重要的现实意义。前人关于隧道火灾方面的研究体系已较为成熟,影响隧道火灾发展的因素有很多,其中火源的热释放速率、烟气温度及其分布、烟气逆流长度及相应的临界风速、障碍物的影响是近年来学者研究的重点。本文在通过大量调研隧道火灾方面文献的基础上,发现前人对于隧道火灾障碍物的影响研究比较有限,但在实际的隧道火灾中,隧道内存在的障碍物的情况十分常见,并会对隧道火灾的发展起到重要影响。据此本文确定了研究内容。本文在一个1：5的模型隧道,72m×1.5m×1.3m(长×宽×高)内进行大量的尺寸实验,实验选取了一个1：5的汽车模型作为隧道障碍物,尺寸为1.3m×0.4m×0.5m(长×宽×高)。实验中采用了三种不同的纵向风风速(0.5m/s,0.75m/s,1.0m/s)、以液化石油气为燃料,火源的三种热释放速率(50kW,75kW,100kW)、以及障碍物与火源距离(1m,2m,3m,4m,5m,6m),通过安装分布在隧道顶棚的热电偶测量烟气温度的方法,来定量研究在不同障碍物与火源之间距离的情况下,隧道火灾烟气最高温度的变化,实验发现,在无障碍物的情况下,实验数据可以很好的与前人的预测公式吻合[1][Y.Z. Li, B. Lei, H. Ingason, The maximum temperature of buoyancy-driven smoke flow beneath the ceiling in tunnel fires, Fire Safety Journal46(2011)204-210.],但当隧道内存在障碍物时,前人的公式不再适用,并且,随着障碍物与火源之间距离不断改变,隧道火灾的最高温度呈现出规律性变化,因此我们通过提出相应的影响因子,表征障碍物与火源之间距离对烟气最高温度的影响,修正前人关于预测隧道火灾烟气最高温度的经验公式,并最后与实验数据进行了对比验证。为深入研究障碍物对隧道烟气的影响,我们展开另一组实验,试图探索障碍物与火源之间距离对烟气逆流长度和临界风速的影响,实验的工况与隧道烟气温度影响章节相似,通过分析顶棚热电偶的温度分布,来判定烟气的逆流长度,进而算得相应工况下的临界风速。通过实验结果对比与分析,发现无障碍物工况下,实验的烟气逆流长度与Li模型[2][Y. Z. Li, B, Lei, H. Ingason, Study of criticalvelocity and back-layering length in longitudinally ventilated tunnel fires, Fire Safety J.45(2010)361-370.]较为吻合,相应的临界风速与Wu模型[3][Y Wu, M. Z. A. Bakar, Control of smoke flow in tunnel fires using longitudinal ventilation systems—a study of the critical velocity, Fire Safety J.35(2000)363-390.]较吻合。但当隧道内存在障碍物时,实验所测得的数据与前人的预测模型存在较大差异,因此考虑修正前人的模型,考虑实验中产生的新因素,即障碍物与火源之间距离的影响,我们通过对比分析实验数据,得到各种工况下的因子值,最后拟合得到该因子与障碍物与火源距离之间定量的关系式,并修正前人的模型公式,最后与我们的实验值进行了对比。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U453.5;U458

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