公路隧道火災(zāi)時(shí)縱向通風(fēng)排煙下臨界風(fēng)速問題

本文運(yùn)用fds軟件，對1000m單向單車道公路隧道火災(zāi)進(jìn)行了模擬。通過20mw火災(zāi)時(shí)溫度場的發(fā)展、煙氣的蔓延、煙氣層高度的變化，對比分析了不同縱向風(fēng)速對火災(zāi)的控制效果。得出了在該模型條件下，縱向通風(fēng)風(fēng)速在2.7m/s時(shí)，排煙效果最為顯著。

總結(jié)國內(nèi)外隧道火災(zāi)縱向通風(fēng)排煙下抑制煙氣回流臨界風(fēng)速的研究現(xiàn)狀和規(guī)范規(guī)定。通過fds數(shù)值模擬和縮尺寸模型試驗(yàn)對臨界風(fēng)速與隧道坡度的關(guān)系進(jìn)行對比分析,得出結(jié)果認(rèn)為,數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)結(jié)果基本符合;在同一個(gè)坡度下,縱向通風(fēng)速率與回流長度近似成線性關(guān)系;當(dāng)坡度為零時(shí),抑制煙氣回流所需臨界風(fēng)速較大。

在長大公路隧道設(shè)計(jì)階段,必須對火災(zāi)工況下的通風(fēng)排煙方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。現(xiàn)結(jié)合工程實(shí)例,對隧道火災(zāi)工況下的通風(fēng)方案進(jìn)行了計(jì)算分析,包括火災(zāi)規(guī)模的確定、需風(fēng)量/臨界風(fēng)速的確定以及壓力平衡的計(jì)算。最后得到了不同區(qū)域發(fā)生火災(zāi)需要開啟的射流風(fēng)機(jī)數(shù)量：當(dāng)下坡段發(fā)生火災(zāi)時(shí),需開啟5臺(tái)射流風(fēng)機(jī);當(dāng)在上坡段發(fā)生火災(zāi)時(shí),需開啟11臺(tái)射流風(fēng)機(jī)。

基于我國在長大隧道火災(zāi)安全體系研究方面的需要,采用cfd方法對長大隧道縱向式通風(fēng)控制火災(zāi)煙流的問題進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算,研究不同通風(fēng)條件對煙流的控制效果,得出了在滿足控制煙氣回流的基礎(chǔ)上排煙風(fēng)速的提高與所取得的降溫效果對比,以及風(fēng)流經(jīng)過火區(qū)后的蔓延增長變化,同時(shí)總結(jié)出煙流溫度分布特征及對隧道結(jié)構(gòu)不同部位的危害,可為隧道的防火與通風(fēng)方案的制定,以及災(zāi)后檢測評定工作提供相關(guān)的理論依據(jù)和參考。

本模型揭示了公路隧道火災(zāi)時(shí)期發(fā)生逆流時(shí)火源區(qū)域煙流流動(dòng)規(guī)律,分析得出公式可以估算阻止火災(zāi)時(shí)期發(fā)生逆流時(shí)所需的\"臨界風(fēng)速\"。從本模型得知臨界風(fēng)速取決于隧道高度和火源熱釋放率的大小。通過和在原型試驗(yàn)隧道火災(zāi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較,本模型可以為防災(zāi)通風(fēng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

鐵路隧道橫通道臨界風(fēng)速是橫通道能否有效防煙的重要參數(shù).根據(jù)π定理和相似理論,對影響橫通道臨界風(fēng)速的相關(guān)因素進(jìn)行量綱分析,推導(dǎo)出橫通道臨界風(fēng)速與隧道縱向風(fēng)速、火災(zāi)熱釋放率、橫通道防火門的高度及寬度、橫通道與隧道的夾角這5個(gè)影響參數(shù)的無量綱函數(shù)關(guān)系式;通過數(shù)值模擬并對模擬數(shù)據(jù)擬合,確定橫通道臨界風(fēng)速與這5個(gè)影響參數(shù)的關(guān)系.結(jié)果表明:當(dāng)無量綱隧道縱向風(fēng)速不大于0.114時(shí),橫通道臨界風(fēng)速隨隧道縱向風(fēng)速的增大呈3/7次方的增長關(guān)系,當(dāng)隧道縱向風(fēng)速大于0.114時(shí),橫通道臨界風(fēng)速隨隧道縱向風(fēng)速的增大呈-3/40次方的減小關(guān)系;橫通道臨界風(fēng)速與火源熱釋放率呈1/3次方的增長關(guān)系、與防火門高度近似呈6/5次方的增長關(guān)系、與防火門的門寬無關(guān)、與橫通道和隧道之間的夾角呈-3/8次方的減小關(guān)系.根據(jù)這些擬合結(jié)果確定無量綱函數(shù)關(guān)系式中各未知系數(shù)的取值,進(jìn)而得到橫通道臨界風(fēng)速的無量綱計(jì)算公式.

為探討縱向通風(fēng)情況下坡度隧道火災(zāi)煙氣的溫度分布、回流長度等特性參數(shù),運(yùn)用火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬軟件fds建立一個(gè)長為500m的公路隧道模型,對不同坡度、不同縱向通風(fēng)速率的20組火災(zāi)工況進(jìn)行模擬研究,通過分析各工況的模擬結(jié)果,并結(jié)合前人在隧道火災(zāi)煙氣特性研究方面的成果,得到火災(zāi)情況下隧道內(nèi)煙氣的縱向溫度分布規(guī)律、隧道拱頂溫度變化規(guī)律、溫度偏移及煙氣回流長度變化規(guī)律等。

采用縮尺寸模型試驗(yàn)方法,對不同坡度隧道火災(zāi)時(shí)拱頂附近煙氣最高溫度與通風(fēng)風(fēng)速、火源功率之間的關(guān)系進(jìn)行了研究.試驗(yàn)結(jié)果表明,坡度對隧道火災(zāi)縱向通風(fēng)時(shí)拱頂附近煙氣溫度有較大影響,以縱向通風(fēng)方向?yàn)閰⒖挤较?隨著隧道坡度的增加,拱頂附近煙氣溫度呈下降趨勢.對比分析水平隧道縱向通風(fēng)下拱頂最高煙氣溫度的kurioka模型,引入坡度修正系數(shù),建立了修正后的拱頂煙氣最高溫度預(yù)測模型,可用于有坡度隧道火災(zāi)縱向通風(fēng)時(shí)拱頂煙氣最高溫度預(yù)測.

縱向通風(fēng)對隧道火災(zāi)煙氣層結(jié)構(gòu)及豎井排煙的影響機(jī)制研究

公路隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)易造成嚴(yán)重后果,縱向通風(fēng)作為火場排煙降溫的常用措施會(huì)改變?nèi)紵幕鹪垂β始跋嚓P(guān)火災(zāi)參數(shù),影響公路隧道通風(fēng)排煙的設(shè)計(jì).利用按照弗洛德相似性原理自行設(shè)計(jì)建造的公路隧道火災(zāi)煙氣輸運(yùn)特性研究試驗(yàn)臺(tái),研究了不同縱向通風(fēng)風(fēng)速下燃料火源功率、火焰形狀和煙氣層高度、距火源2m人眼高度處一氧化碳體積分?jǐn)?shù)、隧道橫截面豎向溫度及隧道縱向人眼高度處溫度的變化規(guī)律.結(jié)果表明,所研究的火災(zāi)參數(shù)與縱向通風(fēng)之間呈現(xiàn)非線性變化關(guān)系,火源功率在縱向通風(fēng)作用下出現(xiàn)“雙駝峰”現(xiàn)象,隨風(fēng)速增大,火源功率、火焰主體長度與亮度的變化規(guī)律相似,平均燃燒速度與一氧化碳體積分?jǐn)?shù)、溫度變化規(guī)律一致.

火災(zāi)集中排煙模式下,隧道兩端射流風(fēng)機(jī)需向隧道內(nèi)部補(bǔ)充新風(fēng),以使排煙區(qū)域向火源附近排煙口方向集中,縮小煙氣影響范圍。從煙氣控制效果出發(fā),提出排煙效率、煙氣蔓延范圍、能見度3個(gè)指標(biāo)作為判定合理機(jī)械補(bǔ)風(fēng)的依據(jù)。以某越江隧道工程集中排煙為例,采用火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬軟件fds對-2.8%坡度隧道在不同排煙口開啟方案(上游3個(gè)、下游3個(gè);上游2個(gè)、下游4個(gè);上游1個(gè)、下游5個(gè))、不同縱向補(bǔ)風(fēng)風(fēng)速(0、1、2、3m/s)下的12組火災(zāi)工況進(jìn)行模擬計(jì)算。結(jié)果表明:縱向補(bǔ)風(fēng)風(fēng)速對集中排煙效果影響顯著,本隧道區(qū)段火災(zāi)集中排煙時(shí)的合理縱向補(bǔ)風(fēng)風(fēng)速為2m/s,小于縱向通風(fēng)時(shí)的臨界風(fēng)速值。

防止煙氣逆流的臨界風(fēng)速是隧道火災(zāi)通風(fēng)排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。國內(nèi)外對純煙氣逆流的臨界風(fēng)速研究較多,對阻塞明顯且夾帶火焰的煙氣逆流問題研究得則很少。通過模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬,對列車著火阻塞在隧道內(nèi)形成的夾帶火焰的煙氣逆流及其臨界風(fēng)速進(jìn)行分析?？紤]列車對隧道的阻塞比和火焰熱輻射作用的影響,利用能量方程推導(dǎo)出計(jì)算臨界風(fēng)速的新公式,并與oka-atkinson公式、wu-bakar公式等計(jì)算純煙氣逆流的臨界風(fēng)速公式進(jìn)行比較。結(jié)果表明新公式更適用于夾帶火焰的煙氣逆流的情況。同時(shí)還發(fā)現(xiàn),列車中部著火和頭部著火情況下的臨界風(fēng)速相近,但與列車尾部著火的臨界風(fēng)速不同;隧道內(nèi)有列車著火和隧道內(nèi)著火但無列車情況下的臨界風(fēng)速也有所不同。

公路隧道排煙系統(tǒng)排煙風(fēng)口的流量分配特性對排煙系統(tǒng)排煙口的合理設(shè)置甚為重要。借助于cfd技術(shù)分析了縱向風(fēng)速和排煙風(fēng)量對于隧道排煙系統(tǒng)排煙風(fēng)口流量分配特性的影響。結(jié)果表明,排煙風(fēng)口的排煙能力依賴于縱向風(fēng)速和排煙風(fēng)量的合理匹配,排煙風(fēng)量應(yīng)綜合經(jīng)濟(jì)和技術(shù)兩方面的因素來確定。

半橫向通風(fēng)方式下公路隧道火災(zāi)數(shù)值模擬——采用流體力學(xué)模擬的方法，對半橫向通風(fēng)方式下公路隧道的火災(zāi)工況進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。通過對不同吊頂風(fēng)口距離和開啟個(gè)數(shù)的通風(fēng)方案下的速度場和溫度場分析。評估了各通風(fēng)方案所能達(dá)到的效果。比較各通風(fēng)方案的數(shù)據(jù)，進(jìn)...

為了研究設(shè)有自然通風(fēng)口的公路隧道內(nèi)火災(zāi)行為,按隧道原型制作了比例模型。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了火災(zāi)時(shí)隧道內(nèi)煙氣傳播的速度規(guī)律、局部溫度與沿程溫度的分布規(guī)律以及隧道火災(zāi)行為下人員逃生的要求;通過比例換算,推算出煙氣影響范圍、人員逃離速度和通風(fēng)口最近設(shè)計(jì)距離。

針對雙車道單向行駛高速公路隧道火災(zāi)提出三種排煙方案。利用fds軟件數(shù)值模擬火災(zāi)時(shí)各方案對煙氣遷移和溫度分布的影響,最后優(yōu)選火災(zāi)時(shí)的排煙方案。結(jié)果表明:三種方案均能起到很好的排煙效果。若不考慮成本及技術(shù)難度,組合排煙方式效果最佳;若考慮成本和技術(shù)難度,則設(shè)置排煙口排煙效果最佳。在實(shí)際隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí),應(yīng)綜合考慮決定選取哪一種方案。若選用組合排煙方式,筆者建議火災(zāi)時(shí),火源上游僅開啟射流風(fēng)機(jī),火源下游則應(yīng)同時(shí)開啟排煙口,這樣既節(jié)約成本,又能達(dá)到目的。

研究了多豎井城市公路隧道自然通風(fēng)條件下的火災(zāi)煙氣擴(kuò)散規(guī)律．在某真實(shí)隧道內(nèi)實(shí)施了全尺寸燃燒試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中頂棚下方煙氣溫度沿縱向朝出口快速衰減，火源附近存在明顯的煙氣分層現(xiàn)象，大量煙氣從豎井排出，下游排煙豎井個(gè)數(shù)多于上游．使用fds火災(zāi)軟件開展基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的大渦模擬，火源區(qū)網(wǎng)格尺寸為0．083m．采用并行計(jì)算技術(shù)，模擬得到的頂棚下方煙氣溫度、煙氣前鋒、豎井進(jìn)/排煙均與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好．進(jìn)一步的數(shù)值模擬結(jié)果表明：降低環(huán)境溫度或豎井組間距有助于降低頂棚下方煙氣溫度，同時(shí)提高豎井出口的排煙質(zhì)量流量．本研究為該類隧道的設(shè)計(jì)與修建提供了理論與技術(shù)支持．

利用長寬高為6m×1.5m×2m的隧道模型,進(jìn)行了縱向排煙和高壓細(xì)水霧滅火實(shí)驗(yàn).通過對火源附近各測點(diǎn)溫度的測試,分析了不同工作壓力高壓細(xì)水霧對柴油池火的控制效果,以及縱向排煙和細(xì)水霧不同的開啟時(shí)間對控火效果的影響.結(jié)果表明:對于油面尺寸為250mm×200mm的柴油池火,在沒有縱向排煙情況下,6mpa細(xì)水霧就可以有效撲滅柴油池火;在縱向排煙和高壓細(xì)水霧同時(shí)開啟的情況下,15mpa細(xì)水霧的控火和滅火效果最好;在高壓細(xì)水霧啟動(dòng)之前30s優(yōu)先開啟縱向排煙的話,可以達(dá)到很好的滅火效果.

通過1/20小尺寸模型實(shí)驗(yàn)對城市隧道火災(zāi)組合通風(fēng)排煙方式下的排煙特性進(jìn)行了研究.通過對不同縱向風(fēng)速和不同排煙量下溫度和煙氣實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,表明隧道的頂部排煙量越大,煙氣層下降越慢,越有利于隧道內(nèi)的人員疏散,但是排煙量的增大對降低隧道頂部溫度效果不大.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,對于組合通風(fēng)方式下的隧道火災(zāi),應(yīng)先打開頂部排煙口進(jìn)行排煙,然后開啟火源上游風(fēng)機(jī)進(jìn)行縱向通風(fēng),縱向通風(fēng)風(fēng)速應(yīng)控制在臨界風(fēng)速左右.

為了研究隧道火災(zāi)半橫向排煙對煙氣排放效果的影響參數(shù),同時(shí)為半橫向通風(fēng)排煙下隧道火災(zāi)煙氣蔓延情況的系統(tǒng)性研究提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持,建立縮尺比例為1:10的水平模型隧道開展火災(zāi)試驗(yàn),并對火災(zāi)半橫向排煙時(shí)排煙閥和排煙道內(nèi)的煙氣流動(dòng)進(jìn)行理論分析。結(jié)果表明,水平公路隧道半橫向排煙情況下,理論分析得出的排煙閥處煙氣流速與模型試驗(yàn)結(jié)果基本吻合;在火源附近,冷空氣與高溫?zé)煔鈸交燧^少,溫度較高;在靠近風(fēng)機(jī)處,排煙閥煙氣流速較大,但同時(shí)因遠(yuǎn)離火源,熱量損失和摻混冷空氣較多,因而溫度較低;排煙閥開啟個(gè)數(shù)、間距、單個(gè)面積以及排煙閥離風(fēng)機(jī)的距離,均會(huì)對半橫向排煙系統(tǒng)的排煙效果產(chǎn)生影響。

【摘要】為滿足公路隧道通風(fēng)降噪的需要，提出了射流風(fēng)機(jī)推力影響因素及其選 用要求。在計(jì)算隧道中總推力的前提下確定出射流風(fēng)機(jī)的推力。并確定所用風(fēng)機(jī) 的數(shù)量。 關(guān)鍵詞：噴流式通風(fēng)機(jī)隧道選用計(jì)算 一、引言 在公路隧道縱向通風(fēng)系統(tǒng)中，射流風(fēng)機(jī)通常是并聯(lián)為一組，并沿隧道方向間隔布 置，為了滿足隧道內(nèi)噪聲環(huán)境的要求，射流風(fēng)機(jī)通常配有整體消聲器。在夜間， 為了防止隧道洞口產(chǎn)生較大的噪聲，通常是只運(yùn)行隧道中間部分的風(fēng)機(jī)，或者加 長靠近隧道洞口處的風(fēng)機(jī)消聲器長度，或者采用雙速射流風(fēng)機(jī)。 二、射流風(fēng)機(jī)推力影響因素及選用 1.每組風(fēng)機(jī)之間的縱向距離 如果隧道中每組風(fēng)機(jī)之間具有足夠的距離，則噴射氣流會(huì)有充分的逐漸減速，如 果噴射氣流減速不完全，將會(huì)影響到下一級風(fēng)機(jī)的工作性能。一般情況下，每組 風(fēng)機(jī)之間的縱向間距取為隧道截面水力當(dāng)量直徑的10倍或10倍以上，也可以取 風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)壓(pa)的十分之一作風(fēng)機(jī)

為滿足公路隧道通風(fēng)降噪的需要,提出了射流風(fēng)機(jī)推力影響因素及其選用要求。在計(jì)算隧道中總推力的前提下確定出射流風(fēng)機(jī)的推力。并確定所用風(fēng)機(jī)的數(shù)量。