基于fds的隧道通風(fēng)系統(tǒng)模型邊界條件的確定研究

1、<p>　　基于FDS的隧道通風(fēng)系統(tǒng)模型邊界條件的確定研究</p><p>　　摘 要：本文利用火災(zāi)動(dòng)力學(xué)軟件FDS并依據(jù)實(shí)際地鐵隧道區(qū)間通風(fēng)系統(tǒng)建立相關(guān)模型，結(jié)合隧道區(qū)間實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，主要就模型邊界條件包括壁面粗糙度以及風(fēng)機(jī)參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行研究，進(jìn)行模型邊界條件的確立。本文的研究成果對(duì)以后的FDS建模提供了重要參考，使得模擬研究的結(jié)果更加準(zhǔn)確。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：FDS；

2、隧道通風(fēng)；邊界條件 </p><p>　　Research on Boundary Condition of Tunnel Ventilation System Model Based on FDS </p><p>　　SHI Ke1 ，LI Hong-wen2，ZHANG Hao2，WANG Sui-lin1 </p><p>　　(1.School of En

3、vironment and Energy Engineering，BUCEA，Beijing 100044；2.Institute of Building Fire Research，China Academy of Building Research，Beijing 100013) </p><p>　　[Abstract]In this paper, the fire dynamics software FD

4、S established the related model according to the actual subway tunnel ventilation system .Combined with measured data in the tunnel, the main model boundary conditions including surface roughness and fan parameter settin

5、g was researched and established the model boundary conditions. This research provides an important reference to the later FDS model and makes the result of simulation more accurate. </p><p>　　[Keywords]FDS，

6、tunnel ventilation system，boundary condition </p><p>　　中圖分類號(hào)：U45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　0 引言 </b></p><p>　　隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，火災(zāi)數(shù)值模擬技術(shù)成為了現(xiàn)代研究火災(zāi)的一個(gè)重要工具。場(chǎng)模擬軟件FDS（Fire Dynamics S

7、imulator）是模擬火災(zāi)中流體運(yùn)動(dòng)的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件[1]。FDS軟件程序是開放的，現(xiàn)在它的源程序又不斷的得到更新和完善，目前，F(xiàn)DS的使用已經(jīng)開始超出火災(zāi)研究實(shí)驗(yàn)室的范圍，進(jìn)入了工程建設(shè)領(lǐng)域，可以作為建筑性能化設(shè)計(jì)的重要輔助工具之一[2]。 </p><p>　　FDS在建立隧道通風(fēng)系統(tǒng)模型的時(shí)候，會(huì)涉及到一些邊界條件的設(shè)置，這些會(huì)影響到模擬結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠度。本文將主要就模型邊界條件包括壁面粗糙度以及

8、風(fēng)機(jī)參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行研究，以期望對(duì)以后使用FDS軟件建模的人員有所幫助。 </p><p><b>　　1 模型簡(jiǎn)介 </b></p><p>　　本段隧道區(qū)間位于八號(hào)線二期工程北段，始西小口站至永泰莊站，左右線線間距為15m。本隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)有三個(gè)射流風(fēng)機(jī)即XYQJ-SDS-1 ，XYQJ-SDS-2 和XYQJ-SDS-3，其中XYQJ-SDS-2 和XYQJ-SD

9、S-3在右線線路中心線上，XYQJ-SDS-1在停車線線路中心線上，XYQJ-SDS-1和XYQJ-SDS-2中心里程相同。XYQJ-SDS-2與XYQJ-SDS-3串聯(lián)的間距為131.219m，XYQJ-SDS-1和XYQJ-SDS-2并聯(lián)，如圖1所示。 </p><p><b>　　圖1區(qū)間平面圖 </b></p><p>　　模型以區(qū)間射流風(fēng)機(jī)XYQJ-SDS-

10、2中心為原點(diǎn)，以西永方向?yàn)檎齲軸，隧道寬為Y軸，高度為Z軸，以右線線路空間用FDS軟件建立1:1模型，如圖2.在右線中心線測(cè)量斷面上分別布置4個(gè)風(fēng)速測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位置如圖3。 </p><p>　　圖2 FDS模型圖圖3測(cè)點(diǎn)位置圖 </p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)工況 </b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)工況為人員向西小口站（迎風(fēng)）方向疏散，西

11、小口站、永泰莊站、區(qū)間相關(guān)風(fēng)機(jī)按氣流組織方向啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，各風(fēng)機(jī)控制方式見表1，區(qū)間內(nèi)聯(lián)絡(luò)通道門關(guān)閉。 </p><p>　　表1 風(fēng)機(jī)控制模式表 </p><p><b>　　3邊界條件設(shè)置 </b></p><p><b>　　3．1粗糙度設(shè)置 </b></p><p>　　計(jì)算隧道壁面粗糙度，一般

12、要知道它的摩擦阻力系數(shù)?，F(xiàn)在有用于計(jì)算摩擦阻力系數(shù)的公式中，適用范圍最廣的是來源于莫迪圖的Colebrook公式[3]，公式如下： </p><p>　　式中，δ為隧道壁面粗糙度，m；d為隧道截面的當(dāng)量直徑，其中m。 </p><p>　　據(jù)文獻(xiàn)[4]，其推薦的雙線隧道沿程阻力系數(shù)并考慮一定的安全系數(shù)選取隧道壁面的摩阻系數(shù)取0.021。而據(jù)文獻(xiàn)[5]，隧道壁面摩阻損失系數(shù)應(yīng)根據(jù)隧道的斷面當(dāng)

13、量直徑和壁面粗糙率等取值，參考此處混凝土隧道壁面的摩阻系數(shù)取0.02。 </p><p>　　把分別代入到式中，得到粗糙度，為了更好的進(jìn)行模擬結(jié)果分析，加入。由此，在模擬中對(duì)粗糙度的設(shè)置有四個(gè)變量，并定義為，，，，對(duì)應(yīng)工況1-4。 </p><p>　　3.2風(fēng)機(jī)參數(shù)設(shè)置 </p><p>　　區(qū)間所用射流風(fēng)機(jī)的型號(hào)參數(shù)如表2。 </p><p&

14、gt;　　表2射流風(fēng)機(jī)參數(shù)表 </p><p>　　射流風(fēng)機(jī)的安裝位置靠近隧道壁面或拱頂，則空氣射流與壁面或與拱頂之間必然會(huì)產(chǎn)生附加摩擦損失。在FDS中，設(shè)置風(fēng)機(jī)用的是fan命令，其設(shè)置參數(shù)有兩個(gè)即風(fēng)速v和風(fēng)量q，對(duì)其進(jìn)行損失修正得： , 。 </p><p>　　因此，模型中設(shè)置在v=32.03m/s和q=25.19m3/s工況下分別進(jìn)行模擬。 </p><p>

15、<b>　　4.模擬結(jié)果分析 </b></p><p>　　4.1風(fēng)機(jī)參數(shù)影響 </p><p>　　在v=32.03m/s和q=25.19m3/s參數(shù)下，各工況各點(diǎn)風(fēng)速均值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比如圖4至5所示。 </p><p>　　圖4風(fēng)速v=32.03m/s下，右線中心線沿程各點(diǎn)風(fēng)速比較 </p><p>　　圖5 風(fēng)量q

16、=25.19m3/s下，右線中心線沿程各點(diǎn)風(fēng)速比較 </p><p>　　綜合模擬結(jié)果來看，在風(fēng)速v=32.03m/s工況下，模擬值更接近于實(shí)測(cè)值，即風(fēng)機(jī)采用風(fēng)速參數(shù)進(jìn)行模擬擬合度更好。因此，F(xiàn)DS模型中有風(fēng)機(jī)時(shí)，模擬要采用風(fēng)速參數(shù)進(jìn)行模擬。 </p><p>　　4.2粗糙度的影響 </p><p>　　在風(fēng)速v=32.03m/s下，各工況各點(diǎn)風(fēng)速均值與實(shí)測(cè)值的對(duì)

17、比如圖4所示。 </p><p>　　綜合模擬結(jié)果來看，當(dāng)粗糙度或0.01時(shí)，模擬值更接近于實(shí)測(cè)值，而當(dāng)粗糙度、時(shí)，模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)差別較大，這說明粗糙度的設(shè)置影響到模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，但是1-2毫米的差別對(duì)結(jié)果影響不大，這也對(duì)以后的FDS模擬時(shí)，在壁面粗糙度的設(shè)置上提供了一個(gè)可參考的誤差范圍。由于隧道中流體的雷諾數(shù)值比較大，由Colebrook公式的特點(diǎn)可以看出，隧道當(dāng)量直徑對(duì)粗糙度的影響很小。一般情況下，不同

18、斷面尺寸參數(shù)的隧道計(jì)算得出的粗糙度結(jié)果相差并不大。因此，在FDS模擬中，可以將粗糙度設(shè)置在0.01m左右。 </p><p><b>　　5 結(jié)語 </b></p><p>　　利用FDS建立隧道及其通風(fēng)系統(tǒng)模型時(shí)，邊界條件設(shè)置采用壁面粗糙度0.01m和風(fēng)機(jī)在風(fēng)速參數(shù)模擬下得出的結(jié)果值更接近于實(shí)測(cè)值，擬合度更好。在此條件基礎(chǔ)之上，進(jìn)行其他的模擬研究得出的結(jié)論可信度更強(qiáng)

19、，參考價(jià)值更高。本文研究結(jié)果為以后的FDS模擬時(shí)邊界條件的設(shè)置提供了重要的參考性建議，從而使計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)更好的為工程實(shí)踐服務(wù)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 劉鵬舉等.隧道火災(zāi)研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國科技信息,2008,(2):35～38. </p><p>　　[2] 趙忠杰.公路隧道火

20、災(zāi)探測(cè)方法研究[D].西安:長安大學(xué)碩士學(xué)位文,2007. </p><p>　　[3]周延. 隧道及網(wǎng)絡(luò)火災(zāi)中的熱動(dòng)力現(xiàn)象研究[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006. </p><p>　　[4]中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，等.TB10068-2010 鐵路隧道運(yùn)營通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2010. </p><p>　　[5]交通部重慶公