集中排烟模式下隧道火灾烟气层卷吸行为与特征参数演化研究

发布时间：2020-06-29 14:58

【摘要】：近年来我国隧道建设在综合国力的增强下得到迅猛发展,随之而来的是交通隧道火灾事故,近年来频繁发生。现有的交通隧道火灾事故排烟模式中,集中排烟系统因能有效的将烟气通过集中排烟口排出隧道,有利于人员逃生,得到广泛的运用。本文在安装有集中排烟系统的模型隧道内进行了一系列的火灾烟气控制实验,研究了隧道火灾烟气层卷吸特性、烟气层吸穿机制以及纵向风与集中排烟系统协同作用下顶棚下方烟气特征参数分布,主要研究内容如下:本文通过实验研究了顶棚集中排烟作用下隧道火灾一维烟气运动阶段的羽流水平卷吸系数。研究发现水平卷吸系数随火源功率的增加而增大,当火源功率一定时,水平卷吸系数随集中排烟速度的增大而减小。并在一维水平运动阶段,揭示了卷吸系数与顶棚集中排烟系统之间的变化关系。研究了多点集中排烟系统隧道火灾烟气层厚度特征以及“吸穿”现象。结果表明,使用类内方差法和积分比法计算的烟气层厚度与实验目测记录值吻合较好。且在同一个火源功率下,烟气层发生吸穿时的速率和烟气层无量纲厚度(烟气层厚度与隧道高度的比值)随着点式集中排烟口数量的增加而减小。研究了纵向风与顶棚集中排烟耦合作用下的抑制隧道火灾烟气逆流的临界速度特征。研究发现,在无量纲火源功率不变时,临界风速随顶棚集中排烟速度的增加而减小,临界Froude数随排烟质量流量的增加而增大。最终建立了顶棚集中排烟系统作用下抑制隧道火灾烟气逆流的临界速度的无量纲模型。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U458
【图文】：

温度分布,自然排烟,实验台,实物

时竖井自然排烟的最佳排烟速率，探讨了使用竖井应急通风设计是否能限制汽油罐车火灾烟气的蔓延，并进行了模型实验和数值模拟研究。纪杰等人[18大涡模拟分析了不同城市公路隧道火灾竖井自然排烟效果，讨论了不同高度井诱导的“烟囱效应”对排烟的影响，结果表明竖井越高排烟效果越好，当高度增加到一定值时，由于垂直方向形成巨大的“抽吸力”，在排烟口下容易烟气层吸穿现象。日本国立横滨大学 Oka 等人[22]通过实验研究，对矩形横截隧道中顶棚射流火的温度分布进行了详细的测量，研究结果显示，在水平隧，随着测点与火源距离的增加，温度下降速度逐渐平缓，倾斜隧道的温度分发生了类似的变化。随着隧道倾角的增加，顶棚射流内部的温度分布由凸起指数型转变。清华大学钟茂华等人[24]通过自然通风隧道全尺寸实验研究，测火灾发生的不同物理阶段过程中热烟气温度上升、火源附近烟羽流特性和最气温升的变化。结果表明，在整个隧道火灾过程中，由于火灾风压和自然风变化，引起隧道内垂直位置最大温升的变化和回流长度的变化，表明了火灾中的温度分布不对称以及垂直位置最大温升的变化，并根据实测数据描述了火灾阶段烟气的发展特征。

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图 1.2 纵向排烟示意图Fig 1.2 Diagram of longitudinal smoke对于纵向排烟，在当前国内外隧道中应用广泛，前人主要研究了烟气逆流长度与纵向风速的关系[26-29]、抑制烟气逆流的临界风速[26-30]、水平空气卷吸以及纵向风对烟气层层化的影响等[31-33]。重庆大学翁庙成等[26]通过 CFD 模拟提出了地铁隧道火灾逆流长度和临界速度的两种预测模型，并在 15 m 长、0.48 m 宽、0.54 m高的 1:10 模型隧道（如图 1.3 所示）中进行了验证。中国科技大学胡隆华[27]在 96 m长的模型隧道及不同长度的实际隧道内进行实验研究，通过理论分析和全尺寸实验验证，表明火灾烟气层温度沿隧道呈指数衰减，建立了隧道火灾烟气层温度纵向衰减的预测模型及纵向风速下烟气逆流距离和临界纵向风速的预测模型。日本Tanaka[28]在考虑了隧道壁面热传导的结构的基础上，在 1:20 尺度模型的隧道内进行了一组隧道火灾实验。将隧道火灾实验中的临界速度和逆流长度与其它参考数据进行了比较，研究了隧道墙体的热性能对这两个参数的影响。并在隧道的墙体材料热性能的基础上提出了新的关系式计算临界速度与逆流长度。瑞典 SP 研究

【参考文献】