公路隧道火灾通风计算的改进
发布时间：2020-07-25 16:09
【摘要】：现有的公路隧道火灾通风计算方法,是按正常运营通风设计的风机配置,考虑火灾发生后一定数量风机的损坏,计算火灾情况下能够提供的隧道内风速,用该风速和阻止烟流逆流的临界风速比较来验算火灾时期通风的安全性。但在公路隧道的火灾过程中,火灾烟流阻力确实存在,且对隧道火灾时的烟气流动影响较大。本文将烟流阻力引进传统的公路隧道通风计算中,给出了公路隧道火灾通风时的改进计算公式。通过算例,证明了改进的计算方法更符合隧道火灾时实际概况,为隧道火灾时的通风控制提供了科学依据。
【图文】：
缩;②隧道火源为点火源;③由于火灾前后，流入隧道内气体的体积流量不变，使用火灾烟流摩擦阻力公式计算的烟流摩擦阻力小于同样风速下火灾前风流的摩擦阻力。故为安全起见，火灾时期的烟流摩擦阻力仍然采用火灾前隧道内摩擦阻力计算公式计算。4．1全射流纵向通风计算公式的改进全射流通风方式是纵向式通风的一种，它是利用射流风机所产生的高速气流推动前方空气流动，同时在风机后方形成一个负压区，带动后方空气流入，从而在隧道内风机的前后一定范围内使空气沿隧道轴向定向流动，将污染物排出洞外。其通风模式如图1所示。图1全射流火灾通风模式图Fig．1Schematicdrawingofwholejetventilationduringfire根据能量方程，隧道内压力平衡此时应满足:ΔPr+ΔPm+ΔP节=ΔP火+ΔPt+nΔPj(7)式中:ΔPm为自然风阻力(Pa);ΔPt为交通通风力(Pa)，仅考虑从进口到火区段的车辆，并取行车速度为零，其值为负;ΔPr为通风阻抗力(Pa);ΔPj为射流风机升压力(Pa);ΔP火为火风压(Pa)，在上行隧道中取正值，下行隧道中取负值;ΔP节为烟流节流阻力(Pa);Vr为临界风速(m/s);n为射流风机台数(台)。而式中火风压:ΔP火=ρ1T1sinβAkBk×lnAk+(T1－Ak)·exp(－BkL)T1·exp(－BkL[])－ρagLsinβ(8)2014年第4期夏永旭，等:公路隧道火灾通风计算的改进939
节流阻力ΔP节=12ρv21T1T0－[()1+ghm·cosβ1－T0T()]1(9)式中:ρ为火灾前空气平均密度(kg/m3)。式(7)中的自然风阻力、沿程阻力和交通风压力与文献［2］完全一样。很显然，与文献［2］相比，本文的计算式(7)中增加了火风压ΔP火和节流阻力ΔP节。相应的射流风机台数计算公式变为:n=ΔPr+ΔPm+ΔP节－ΔP火－ΔPtΔPj(10)3．2竖井送排式通风竖井送排式通风压力模式如图2所示。根据能量方程，隧道内压力平衡此时应满足ΣΔPb+ΣΔPe+ΔPm+ΔPt－ΔPr+ΔP火－ΔP节+ΣnjΔPj=0(11)式中:ΣΔPb为排风竖井底的阻力和;ΣΔPe为送风竖井底的阻力和;其余如前所述。图2竖井送排式通风模式图Fig．2Schematicdrawingofshaftventilation4计算算例4．1全射流通风火灾计算某一隧道全长3103m，隧道纵坡－1．27%，隧道断面积51．7m2，断面当量直径7．32m，设计交通量1001辆/h，行车速度40km/h。假设隧道中有一辆大型货车着火，其热量释放率为50MW，假定火灾点位置距离隧道进口长度与隧道全长的比值为α。则按照前述公式(9)计算得到节流阻力ΔP节=46．346Pa;而火风压ΔP火及根据公式(7)可以计算出不同火灾位置时的射流风机数如表1。取最大数28台，比传统的算法［4］44台少16台。图3、图4分别给出节流阻力和火风压与火灾温度之间的关系。表1不同α时的火风压ΔP火(Pa)和射流风机数nTable1ThenumberofjetfansandfirepressureΔP火(Pa)atdifferentαα0．10．20．30．4ΔP火22．023322．023322．023322．0233n25252626c0．60．70．80．922．023322．023
风模式图Fig．2Schematicdrawingofshaftventilation4计算算例4．1全射流通风火灾计算某一隧道全长3103m，隧道纵坡－1．27%，隧道断面积51．7m2，断面当量直径7．32m，设计交通量1001辆/h，行车速度40km/h。假设隧道中有一辆大型货车着火，其热量释放率为50MW，假定火灾点位置距离隧道进口长度与隧道全长的比值为α。则按照前述公式(9)计算得到节流阻力ΔP节=46．346Pa;而火风压ΔP火及根据公式(7)可以计算出不同火灾位置时的射流风机数如表1。取最大数28台，比传统的算法［4］44台少16台。图3、图4分别给出节流阻力和火风压与火灾温度之间的关系。表1不同α时的火风压ΔP火(Pa)和射流风机数nTable1ThenumberofjetfansandfirepressureΔP火(Pa)atdifferentαα0．10．20．30．4ΔP火22．023322．023322．023322．0233n25252626c0．60．70．80．922．023322．023122．018821．922519．9252727282828图3节流阻力与最高温度的关系Fig．3Therelationshipbetweenthrottleresistanceandhighesttemperature4．2竖井送排式分段纵向通风火灾计算某特长隧道全长5235m，采用单竖井分段纵向通风(Ⅰ段L1=3340m，Ⅱ段L2=1895m)。隧道断面积66．425m2，断面当量直径7．98m2，设计车速80km/h;竖井长240m，送风面积7．09m2，排风面积11．07m2。假设隧道内有一辆大型货车着火，其热量释放率为50MW。计算得出隧道Ⅱ段的节流阻力，射流风机计算结果如表2，比传统的计算少3台，节流阻力、火风压与隧道温度的关系940地下空间与工程学报第10卷
本文编号：2770054
【图文】：
缩;②隧道火源为点火源;③由于火灾前后，流入隧道内气体的体积流量不变，使用火灾烟流摩擦阻力公式计算的烟流摩擦阻力小于同样风速下火灾前风流的摩擦阻力。故为安全起见，火灾时期的烟流摩擦阻力仍然采用火灾前隧道内摩擦阻力计算公式计算。4．1全射流纵向通风计算公式的改进全射流通风方式是纵向式通风的一种，它是利用射流风机所产生的高速气流推动前方空气流动，同时在风机后方形成一个负压区，带动后方空气流入，从而在隧道内风机的前后一定范围内使空气沿隧道轴向定向流动，将污染物排出洞外。其通风模式如图1所示。图1全射流火灾通风模式图Fig．1Schematicdrawingofwholejetventilationduringfire根据能量方程，隧道内压力平衡此时应满足:ΔPr+ΔPm+ΔP节=ΔP火+ΔPt+nΔPj(7)式中:ΔPm为自然风阻力(Pa);ΔPt为交通通风力(Pa)，仅考虑从进口到火区段的车辆，并取行车速度为零，其值为负;ΔPr为通风阻抗力(Pa);ΔPj为射流风机升压力(Pa);ΔP火为火风压(Pa)，在上行隧道中取正值，下行隧道中取负值;ΔP节为烟流节流阻力(Pa);Vr为临界风速(m/s);n为射流风机台数(台)。而式中火风压:ΔP火=ρ1T1sinβAkBk×lnAk+(T1－Ak)·exp(－BkL)T1·exp(－BkL[])－ρagLsinβ(8)2014年第4期夏永旭，等:公路隧道火灾通风计算的改进939
节流阻力ΔP节=12ρv21T1T0－[()1+ghm·cosβ1－T0T()]1(9)式中:ρ为火灾前空气平均密度(kg/m3)。式(7)中的自然风阻力、沿程阻力和交通风压力与文献［2］完全一样。很显然，与文献［2］相比，本文的计算式(7)中增加了火风压ΔP火和节流阻力ΔP节。相应的射流风机台数计算公式变为:n=ΔPr+ΔPm+ΔP节－ΔP火－ΔPtΔPj(10)3．2竖井送排式通风竖井送排式通风压力模式如图2所示。根据能量方程，隧道内压力平衡此时应满足ΣΔPb+ΣΔPe+ΔPm+ΔPt－ΔPr+ΔP火－ΔP节+ΣnjΔPj=0(11)式中:ΣΔPb为排风竖井底的阻力和;ΣΔPe为送风竖井底的阻力和;其余如前所述。图2竖井送排式通风模式图Fig．2Schematicdrawingofshaftventilation4计算算例4．1全射流通风火灾计算某一隧道全长3103m，隧道纵坡－1．27%，隧道断面积51．7m2，断面当量直径7．32m，设计交通量1001辆/h，行车速度40km/h。假设隧道中有一辆大型货车着火，其热量释放率为50MW，假定火灾点位置距离隧道进口长度与隧道全长的比值为α。则按照前述公式(9)计算得到节流阻力ΔP节=46．346Pa;而火风压ΔP火及根据公式(7)可以计算出不同火灾位置时的射流风机数如表1。取最大数28台，比传统的算法［4］44台少16台。图3、图4分别给出节流阻力和火风压与火灾温度之间的关系。表1不同α时的火风压ΔP火(Pa)和射流风机数nTable1ThenumberofjetfansandfirepressureΔP火(Pa)atdifferentαα0．10．20．30．4ΔP火22．023322．023322．023322．0233n25252626c0．60．70．80．922．023322．023
风模式图Fig．2Schematicdrawingofshaftventilation4计算算例4．1全射流通风火灾计算某一隧道全长3103m，隧道纵坡－1．27%，隧道断面积51．7m2，断面当量直径7．32m，设计交通量1001辆/h，行车速度40km/h。假设隧道中有一辆大型货车着火，其热量释放率为50MW，假定火灾点位置距离隧道进口长度与隧道全长的比值为α。则按照前述公式(9)计算得到节流阻力ΔP节=46．346Pa;而火风压ΔP火及根据公式(7)可以计算出不同火灾位置时的射流风机数如表1。取最大数28台，比传统的算法［4］44台少16台。图3、图4分别给出节流阻力和火风压与火灾温度之间的关系。表1不同α时的火风压ΔP火(Pa)和射流风机数nTable1ThenumberofjetfansandfirepressureΔP火(Pa)atdifferentαα0．10．20．30．4ΔP火22．023322．023322．023322．0233n25252626c0．60．70．80．922．023322．023122．018821．922519．9252727282828图3节流阻力与最高温度的关系Fig．3Therelationshipbetweenthrottleresistanceandhighesttemperature4．2竖井送排式分段纵向通风火灾计算某特长隧道全长5235m，采用单竖井分段纵向通风(Ⅰ段L1=3340m，Ⅱ段L2=1895m)。隧道断面积66．425m2，断面当量直径7．98m2，设计车速80km/h;竖井长240m，送风面积7．09m2，排风面积11．07m2。假设隧道内有一辆大型货车着火，其热量释放率为50MW。计算得出隧道Ⅱ段的节流阻力，射流风机计算结果如表2，比传统的计算少3台，节流阻力、火风压与隧道温度的关系940地下空间与工程学报第10卷
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