详情

原文传递纵向通风与顶棚集中排烟作用下隧道火灾顶棚射流行为特性研究

论文题名：	纵向通风与顶棚集中排烟作用下隧道火灾顶棚射流行为特性研究
关键词：	纵向通风;顶棚集中排烟作用;隧道火灾;射流行为特性
摘要：	近年来，随着道路交通事业的不断发展，隧道在道路交通运输方面发挥着越来越重要的作用。然而，伴随着隧道数量的增长，隧道火灾事故也逐渐增多。虽然隧道火灾发生的频率较低，但是隧道具有特殊的狭长结构，又属于相对封闭的空间，人员疏散逃生困难，一旦发生火灾，大量高温有毒有害气体及高温火焰容易导致隧道结构的坍塌破坏及大量人员伤亡，造成严重的经济损失，产生恶劣的社会影响。　　隧道中的通风排烟系统在控制火灾烟气传播扩散、减小烟气及火焰对隧道结构及人员的危害方面具有重要作用。目前，在隧道中普遍采用的通风排烟方式有两种:纵向通风和顶棚集中排烟。本论文通过理论分析、缩尺寸模拟实验相结合的方法，研究了隧道火灾顶棚射流行为特征，进行了顶棚集中排烟作用下烟气蔓延距离与烟气温度纵向分布规律、纵向通风作用下火焰扩展行为规律和纵向通风作用下坡度隧道烟气温度特性的研究，具体工作包括: 　　对顶棚集中排烟作用下烟气蔓延距离进行了分析。研究发现，对于顶棚集中排烟作用下无纵向通风的情况，烟气呈现以火源为中心对称分布的现象，烟气蔓延距离随着顶棚集中排烟风速的增大而减小;对于顶棚集中排烟结合纵向通风的情况，火源上游和火源下游的烟气分布呈现不对称分布的现象，火源上游烟气蔓延距离减短而火源下游的烟气蔓延距离加长。通过理论分析，基于瑞典SP技术研究所的Y.Z.Li建立的纵向通风条件下的隧道火灾烟气逆流距离的预测模型，本论文建立了顶棚集中排烟作用下的隧道火灾烟气蔓延距离的预测模型。　　对顶棚集中排烟作用下烟气温度纵向分布进行了分析。研究发现，对于顶棚集中排烟作用下无纵向通风的情况，火源两侧的烟气温度分布情况基本一致，烟气的最高温度均出现在火源正上方附近，随着离开火源距离的增加，温度在逐渐降低，且下降的梯度在逐渐减小。在不同的顶棚集中排烟风速作用下，各个工况的烟气温度差异在近火源区域较大，而随着离开火源距离的增加，不同工况之间烟气温度的差异也呈现逐渐减小的趋势。对于顶棚集中排烟结合纵向通风的情况，在火源上游，烟气温度纵向衰减速度随着纵向通风风速的增大而加快;在火源下游，烟气温度纵向衰减速度随着纵向通风风速的增大而降低。通过理论分析，基于胡隆华建立的隧道火灾烟气温度纵向衰减理论模型，本论文建立了顶棚集中排烟作用下的隧道火灾烟气温度纵向衰减的预测模型。　　对纵向通风作用下隧道顶棚下方火焰扩展长度变化规律进行了分析。研究发现，对于未受到隧道侧墙限制时的火焰扩展行为，当火源热释放速率增大时，火焰扩展长度增长，而当火源与隧道顶棚之间的距离、纵向通风风速及燃烧器的尺寸增大时，火焰扩展长度减短，同时，在纵向通风作用下，上游火焰扩展长度比下游火焰扩展长度要短;对于受到隧道侧墙限制时的火焰扩展行为，火焰扩展长度随实验参数呈现出的变化规律与未受隧道侧墙限制时的火焰扩展行为相似。基于羽流撞击顶棚时燃料未完全燃烧的理论基础，通过未燃燃料与空气卷吸两方面对火焰扩展行为进行分析，本论文建立了纵向通风条件下的隧道顶棚下方火焰扩展长度的预测模型。　　对纵向通风作用下坡度隧道顶棚下方烟气最高温度及烟气温度纵向衰减规律进行了分析。研究发现，Kurioka和Y.Z.Li建立的隧道火灾顶棚下方烟气最高温度模型预测结果与隧道坡度为0条件下测得的实验结果是比较接近的，但与隧道坡度为3％和5％条件下的实验结果相差较远。随着隧道坡度的增加，顶棚下方烟气最高温度不断降低。基于Kurioka和Y.Z.Li的隧道火灾顶棚下方烟气最高温度预测模型，考虑坡度系数的影响，通过实验结果的对比分析，本论文建立了纵向通风条件下的坡度隧道顶棚下方火灾烟气最高温度的预测模型。烟气温度的纵向衰减速度随着隧道坡度的增加而加快。基于胡隆华建立的隧道火灾烟气温度纵向衰减理论模型，考虑坡度系数的影响，通过实验结果的对比分析，本论文建立了纵向通风条件下的坡度隧道火灾烟气温度纵向衰减的预测模型。
作者：	陈龙飞
专业：	安全科学与工程
导师：	胡隆华
授予学位：	博士
授予学位单位：	中国科学技术大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文