縱向通風(fēng)與頂棚集中排煙作用下隧道火災(zāi)頂棚射流行為特性研究.pdf

1、近年來，隨著道路交通事業(yè)的不斷發(fā)展，隧道在道路交通運輸方面發(fā)揮著越來越重要的作用。然而，伴隨著隧道數(shù)量的增長，隧道火災(zāi)事故也逐漸增多。雖然隧道火災(zāi)發(fā)生的頻率較低，但是隧道具有特殊的狹長結(jié)構(gòu)，又屬于相對封閉的空間，人員疏散逃生困難，一旦發(fā)生火災(zāi)，大量高溫有毒有害氣體及高溫火焰容易導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)的坍塌破壞及大量人員傷亡，造成嚴重的經(jīng)濟損失，產(chǎn)生惡劣的社會影響。
　　隧道中的通風(fēng)排煙系統(tǒng)在控制火災(zāi)煙氣傳播擴散、減小煙氣及火焰對隧道結(jié)構(gòu)及人

2、員的危害方面具有重要作用。目前，在隧道中普遍采用的通風(fēng)排煙方式有兩種:縱向通風(fēng)和頂棚集中排煙。本論文通過理論分析、縮尺寸模擬實驗相結(jié)合的方法，研究了隧道火災(zāi)頂棚射流行為特征，進行了頂棚集中排煙作用下煙氣蔓延距離與煙氣溫度縱向分布規(guī)律、縱向通風(fēng)作用下火焰擴展行為規(guī)律和縱向通風(fēng)作用下坡度隧道煙氣溫度特性的研究，具體工作包括:
　　對頂棚集中排煙作用下煙氣蔓延距離進行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，對于頂棚集中排煙作用下無縱向通風(fēng)的情況，煙氣呈現(xiàn)以火

3、源為中心對稱分布的現(xiàn)象，煙氣蔓延距離隨著頂棚集中排煙風(fēng)速的增大而減小;對于頂棚集中排煙結(jié)合縱向通風(fēng)的情況，火源上游和火源下游的煙氣分布呈現(xiàn)不對稱分布的現(xiàn)象，火源上游煙氣蔓延距離減短而火源下游的煙氣蔓延距離加長。通過理論分析，基于瑞典SP技術(shù)研究所的Y.Z.Li建立的縱向通風(fēng)條件下的隧道火災(zāi)煙氣逆流距離的預(yù)測模型，本論文建立了頂棚集中排煙作用下的隧道火災(zāi)煙氣蔓延距離的預(yù)測模型。
　　對頂棚集中排煙作用下煙氣溫度縱向分布進行了分析。研

4、究發(fā)現(xiàn)，對于頂棚集中排煙作用下無縱向通風(fēng)的情況，火源兩側(cè)的煙氣溫度分布情況基本一致，煙氣的最高溫度均出現(xiàn)在火源正上方附近，隨著離開火源距離的增加，溫度在逐漸降低，且下降的梯度在逐漸減小。在不同的頂棚集中排煙風(fēng)速作用下，各個工況的煙氣溫度差異在近火源區(qū)域較大，而隨著離開火源距離的增加，不同工況之間煙氣溫度的差異也呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。對于頂棚集中排煙結(jié)合縱向通風(fēng)的情況，在火源上游，煙氣溫度縱向衰減速度隨著縱向通風(fēng)風(fēng)速的增大而加快;在火源下游

5、，煙氣溫度縱向衰減速度隨著縱向通風(fēng)風(fēng)速的增大而降低。通過理論分析，基于胡隆華建立的隧道火災(zāi)煙氣溫度縱向衰減理論模型，本論文建立了頂棚集中排煙作用下的隧道火災(zāi)煙氣溫度縱向衰減的預(yù)測模型。
　　對縱向通風(fēng)作用下隧道頂棚下方火焰擴展長度變化規(guī)律進行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，對于未受到隧道側(cè)墻限制時的火焰擴展行為，當火源熱釋放速率增大時，火焰擴展長度增長，而當火源與隧道頂棚之間的距離、縱向通風(fēng)風(fēng)速及燃燒器的尺寸增大時，火焰擴展長度減短，同時，在縱

6、向通風(fēng)作用下，上游火焰擴展長度比下游火焰擴展長度要短;對于受到隧道側(cè)墻限制時的火焰擴展行為，火焰擴展長度隨實驗參數(shù)呈現(xiàn)出的變化規(guī)律與未受隧道側(cè)墻限制時的火焰擴展行為相似?；谟鹆髯矒繇斉飼r燃料未完全燃燒的理論基礎(chǔ)，通過未燃燃料與空氣卷吸兩方面對火焰擴展行為進行分析，本論文建立了縱向通風(fēng)條件下的隧道頂棚下方火焰擴展長度的預(yù)測模型。
　　對縱向通風(fēng)作用下坡度隧道頂棚下方煙氣最高溫度及煙氣溫度縱向衰減規(guī)律進行了分析。研究發(fā)現(xiàn)，Kurio

7、ka和Y.Z.Li建立的隧道火災(zāi)頂棚下方煙氣最高溫度模型預(yù)測結(jié)果與隧道坡度為0條件下測得的實驗結(jié)果是比較接近的，但與隧道坡度為3％和5％條件下的實驗結(jié)果相差較遠。隨著隧道坡度的增加，頂棚下方煙氣最高溫度不斷降低?；贙urioka和Y.Z.Li的隧道火災(zāi)頂棚下方煙氣最高溫度預(yù)測模型，考慮坡度系數(shù)的影響，通過實驗結(jié)果的對比分析，本論文建立了縱向通風(fēng)條件下的坡度隧道頂棚下方火災(zāi)煙氣最高溫度的預(yù)測模型。煙氣溫度的縱向衰減速度隨著隧道坡度的增加