公路隧道火災(zāi)模擬試驗弗勞德準則試用范圍.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟和道路交通的發(fā)展，公路隧道數(shù)量和公里數(shù)不斷增加，車流密度加大，行車速度加快，各類隧道事故發(fā)生的數(shù)量和頻率也相應(yīng)增加。其中，隧道火災(zāi)由于其環(huán)境的封閉性和逃生救援的困難性，往往造成嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。尤其長大隧道和交通量大的隧道，火災(zāi)發(fā)生的概率也會相對較大。
　　目前，公路隧道火災(zāi)模型試驗設(shè)計中通常采用弗勞德準則，但理論分析結(jié)果表明，火源遠區(qū)煙氣流動過程中浮力作用減小，弗勞德準則不適用。為確定弗勞德準則的適用范圍，有

2、必要結(jié)合模型試驗結(jié)果，采用數(shù)值模擬方法進行分析研究。
　　本文采用數(shù)值模擬和模型試驗結(jié)合的方法，以單向交通公路隧道為例，分別針對無風(fēng)和2m/s自然風(fēng)條件下燃燒熱釋放速率為5MW和10 MW規(guī)模火災(zāi)的煙氣速度（場）和溫度（場）進行對比分析。預(yù)備試驗中，用畢托管測量同一斷面上36個點的速度值，以求出該斷面平均風(fēng)速，共測量5個斷面，用以求得隧道模型的阻力系數(shù)。模型試驗時，使用PT100溫度傳感器和JY-GD2型風(fēng)速傳感器，分別對5MW和

3、10MW火災(zāi)規(guī)模下燃燒60s及120s時，無風(fēng)條件的溫度分布和2m/s風(fēng)速條件的斷面速度分布進行了測量。數(shù)值模擬使用Gambit軟件對隧道原始尺寸建立幾何模型和劃分網(wǎng)格，并通過FLUENT軟件采用標準k-ε模型和PDF模型對無風(fēng)和2m/s風(fēng)速條件下燃燒熱釋放速率5MW和10 MW規(guī)模的火災(zāi)進行模擬，得到了與60s和120s相對應(yīng)的285.7s和571.4s時各工況下不同斷面的溫度云圖和速度云圖，以及與模型試驗各測點相對應(yīng)點處的溫度值與速

4、度值。
　　首先通過預(yù)備試驗，求出了隧道變態(tài)模型的沿程阻力系數(shù)λ'm為0.033，進而求出了該試驗所用隧道模型變態(tài)后模型與原型的縱向長度比尺為1:29.7;之后對阻力隔柵進行試驗，計算出了隔柵的阻力系數(shù)ξλ為0.412，進而得到了阻力隔柵等效的正態(tài)模型長度和等效的原型長度。
　　然后基于數(shù)值模擬和試驗研究結(jié)果，通過對無風(fēng)條件下各測點相應(yīng)時間的溫度模擬值與試驗測量值的對比，確定數(shù)值模擬模型及計算方法。通過對2m/s風(fēng)速條件下相

5、對應(yīng)位置處相應(yīng)時間的速度數(shù)值模擬結(jié)果與模型試驗測量數(shù)據(jù)的對比，驗證了弗勞德準則在距火源不同距離處的適用性，得出了該隧道火災(zāi)模型試驗中弗勞德準則適用于下風(fēng)方向距火源120m-170m范圍內(nèi)。通過對比相同燃燒熱釋放速率，無風(fēng)和2m/s風(fēng)速情況下數(shù)值模擬所得弗勞德準則適用距離的范圍得出，2m/s風(fēng)速時的適用距離比不通風(fēng)時的適用距離短。通過對比相同通風(fēng)條件下，5MW和10 MW兩種不同燃燒熱釋放速率火災(zāi)時數(shù)值模擬所得弗勞德準則適用距離的范圍得出