纵向风和竖井联合作用下隧道火灾发展特性研究

发布时间：2020-03-25 22:43

【摘要】：隧道的建设和发展极大的缓解了城市交通压力,但是由于隧道是一个半封闭的狭长空间,一旦发生火灾事故,产生的大量有毒有害烟气和热量很难及时有效的排出去。机械通风和自然通风的设置,有效降低了隧道火灾的危险性。当隧道内车辆发生火灾时,随着隧道内纵向风速的改变,火源的燃烧特性和隧道内烟气层发生变化,如果不能合理的设置排烟设施,大量的有毒有害高温烟气积聚在隧道内,加剧了火灾的破坏性,也阻碍了后期的救援工作。因此研究纵向风和竖井双重作用下隧道内火灾的燃烧特性具有重要的意义。本文根据相似性准则搭建1:10小尺寸实验台,对隧道火灾中火羽流特性和竖井的排烟特性进行了研究。在火源燃烧特性方面,建立了无量纲火源功率和无量纲最高温度的拟合方程,研究了火源功率、顶棚下方最高温度和烟气的纵向温度分布等内容。研究结果表明:在纵向风条件下,当有竖井存在时隧道火灾中火源的热释放速率与竖井的无量纲竖井高度的增长呈现线型的增长关系;火源的热释放速率与隧道内纵向风速的增加呈现指数型增长的趋势;随着无量纲纵向风速的增加,隧道内无量纲最高温度也呈增加的趋势,而且增长趋势大致符合指数型增长,本文对火焰与纵向风的关系式进行了修正,得到了一个新的火焰倾斜角与纵向风风速之间的关系式。通过对不同纵向风条件下竖井排烟特性的研究,研究表明纵向风条件下竖井排烟过程受到多种因素的影响,随着竖井高度的增加,排烟效果并不是一直增加的,竖井高度过高时会使得竖井底部发生吸穿效应,降低竖井的排烟效率,竖井高度会存在一个临界值,当竖井高度超过临界值时,排烟效果反而会降低。文中对发生吸穿现象时的临界Froude数进行了验证,得到了适合纵向风和竖井双重作用下的临界Froude数;本次实验得到的竖井最佳排烟效率时的无量纲高度为1;当竖井高度保持不变时,随着隧道内纵向风速的增加,隧道下游烟气层厚度会逐渐增加,有利于排烟过程,但是当纵向风速超越临界值时,烟气的分层现象会被破坏,降低了烟气的温度,使得竖井的烟囱效应随之下降,根据本文的研究,当无量纲纵向风速为0.2时,隧道可以达到最佳的排烟效果。
【图文】：

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图 2.1 纵向风作用下烟气逆流示意流长度L取决于多种因素，主要与隧道内的风速μ（m· s-1），隧道的高度 H（m），隧m2·s-2·K）和隧道内空气密度ρa（kg·mL = f , , , , , , 式中一共有八个变量，其中涉及的基本量可以从选择四个包含以上基本量纲的变量成无量纲数组。比如说选择纵向风速 u、 Ta当做循环变量，分别与剩下的四个变量= = ( ) ( ) ( ) ( = 两端均是无量纲的，因此由式（2.72）可+ 1 = 0a 3c + d + 2 = 0 3 = 0b = 0

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（b）隧道竖井排烟系统（c）竖井实物图图 3.1 小尺寸实验台实物图通过对隧道火灾火焰发展特性和烟气流动特性进行分析，，结合实验室各种条件限制，我们设计了本次实验的小尺寸实验台。实验台分为两个主体部分，分别是隧道主体和竖井。隧道的主体结构是由 8 个 1 米长、1 米宽和 0.5 米高的方格组成，隧道主体的下端距离底面 0.8 米，方格之间由螺丝固定，隧道主体的上面、下面和靠近墙壁的一面皆采用 1 厘米厚的硅酸铝防火板，隧道的另一面使用的是 0.8 厘米厚的防火玻璃，以便于观察火焰和烟气的流动状态。防火板之间的间隔用防火泥和防火棉密封；竖井位于距离隧道出口 1.75 米的位置，竖井的周围，有三面是由防火板组成，另外一面为防火玻璃，竖井的高度由防火板和防火玻璃高度确定；数据由相应数据采集系统采集，摄像机用来拍摄火灾发展过程中火焰的变化和烟气流动的变化趋势。实验台实物图如图 3.1 所示。3.2.2 实验台内测量仪器的布置
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U458

【参考文献】