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原文传递公路隧道沥青路面燃烧机制及影响因素的研究

论文题名：	公路隧道沥青路面燃烧机制及影响因素的研究
关键词：	隧道路面;隧道火灾;燃烧机制;数值模拟;公路隧道;沥青路面
摘要：	公路隧道由于其特殊的结构物类型，隧道中一旦发生交通事故，很容易由于汽车碰撞而引起火灾。隧道发生火灾时，洞内的温度急剧上升，并且产生大量烟气，造成无法估计的经济损失以及人员伤亡。因此，开展对于沥青路面的燃烧机制以及影响因素的分析具有重要的现实意义。　　在总结分析国内外对沥青及沥青混合料燃烧试验，阻燃剂的研制开发以及理论计算研究的基础上，从可燃液体在沥青混合料上的渗透模式以及燃烧模式两个方面，深入分析了沥青混合料的燃烧机制以及对应的影响燃烧机制的因素。首先选取了水、酒精和汽油三种不同类型的液体，分析了它们在沥青混合料上的渗透模式以及可燃液体（酒精、汽油）在沥青混合料上的燃烧分析。其次，通过沥青混合料的燃烧试验和模拟隧道路面火灾试验，得出了沥青混合料的燃烧机制及其影响因素。最后运用流体动力学CFD软件FLUENT，模拟了隧道发生火灾时的温度以及烟气流动情况。具体研究内容和成果如下: 　　①采用SK-70的基质沥青以及两种添加剂:SBS改性剂和聚磷酸铵阻燃剂，通过沥青性能的相关实验确定了最佳的添加剂比例。并且选取了工程实际中常用的AC-13和SMA-13级配，通过马歇尔试验确定最佳油石比，制成燃烧试验所需要的沥青混合料。　　②开展了对液体，尤其是可燃液体在两种不同级配的沥青混合料上的渗透模式以及燃烧模式研究。采用将液体倾倒在沥青混合料上的扩散面积来计算液体在垂直方向的渗透度和水平方向的渗透度。结果表明可燃液体在AC-13级配的沥青混合料上的垂直渗透度大于等质量液体在SMA-13级配沥青混合料上的垂直渗透度。而对于燃烧模式的研究，研究结果表明与渗透模式相似，即AC-13级配的沥青混合料垂直燃烧度大于水平燃烧度，此外可燃液体在沥青混合料上的垂直燃烧度远大于对应其在水平方向的燃烧度。　　③深入研究了沥青混合料的燃烧机制。通过单独燃烧一定质量的汽油和将其助燃沥青混合料在时间上的对比，发现沥青混合料的燃烧时间基本在单独燃烧汽油的时间2倍以上，说明沥青在沥青混合料的燃烧过程中起促进作用。而对于燃烧机制的影响因素，本文主要选取了级配和沥青性能两个方面进行分析。通过马歇尔试件的燃烧试验和车辙试件在模型隧道中的燃烧试验，结果表明SMA-13级配的沥青混合料燃烧时间比AC-13的长。而沥青性能方面，加了阻燃剂的沥青混合料燃烧时的表面温度要低于同样级配下的基质沥青和SBS改性沥青混合料。　　④本论文还开展了通过流体动力学CFD软件对隧道内发生火灾进行了数值模拟，具体分析了两种不同的工况。结果表明在实际火灾过程中，火势一开始沿着与行车道垂直的方向向洞顶扩散，再到贴着路面方向的扩散。模拟情况还包括在不同的通风风速下的燃烧情况，结果表明在入口处机械通风风速为1m/s时，火灾所产生的烟气会随着风向被吹散，形成单向扩散。除以上两种工况外，还对相应的救援机制和防灾安全提出了建议。
作者：	王嵩
专业：	交通运输工程；道路与铁道工程
导师：	杨锡武
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文