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公路隧道火灾烟流蔓延规律的实验与三维动态数值模拟研究
| 论文题名： | 公路隧道火灾烟流蔓延规律的实验与三维动态数值模拟研究 |
| 关键词： | 公路隧道;火灾烟流;规律;模型实验;三维;动态数值;隧道火灾;数值模拟;烟气蔓延;临界风速;坡度;火灾研究;火灾场景;小尺寸;火源;烟气温度场;隧道结构;模拟结果;数学物理模型;应用基础研究 |
| 摘要： | 近年来，公路隧道火灾事故发生频率逐年上升，造成了巨大的社会负面影响。基于隧道在火灾安全体系研究方面的迫切需要，就隧道火灾问题进行相关应用基础研究，对预防和扑救隧道火灾、减少火灾损失、保障人员生命安全、保证隧道的安全运营、从而为隧道提供安全舒适的运营环境意义重大，并成为火灾研究人员越来越关心的课题。 小尺寸模拟实验是火灾研究的一种重要手段。本文以相似理论为依据，结合成都天府隧道实例和实验经费等条件，设计并制作出可模拟多工况火灾场景、且坡度可调的小尺寸隧道火灾风洞实验装置。模型隧道的横截面为0．5m×0．9m，长10m，隧道内的风速可在0～5m/s范围内调节。采用该风洞装置，开展了一系列小尺寸火灾模型实验，测量了不同通风风速、不同火灾规模、着火小车静止或运动、不同火源位置、不同隧道坡度等多种火灾场景下，隧道火灾烟气温度场和烟气扩散的热物理特性，为隧道火灾研究积累了宝贵的实验数据。 采用计算流体力学（CFD）的方法对隧道火灾进行数值模拟研究成为国内外近几年的研究热点。鉴于普通CFD软件不能对火灾进行3维动态数值模拟，本文采用火灾动力学专门模拟软件FDS（Fire Dynamics Simulator），建立尽可能接近真实情况的数学物理模型并编写出多种工况下的计算程序，模拟得到了火灾下烟气在隧道内的流动及蔓延的3维动态过程，模拟结果与实验结果吻合较好。 通过对各火灾场景的模拟，给出了顶棚设烟道、隧道有坡度以及火源移动状况下火灾发生时的烟气浓度场、温度场等的分布规律和特性，讨论了烟气的发展情况，细致地研究了不同隧道结构、各种坡度、不同火源移动速度下，隧道纵断面温度和浓度、横断面的温度和浓度以及它们随时间的变化规律，同时对影响烟气蔓延的因素进行研究，提出了一些控制火灾发展、满足火灾救援和人员疏散的有效措施。 临界风速是隧道防火设计中的一个重要参量。本文对坡度隧道下临界风速的确定进行了研究，提出了新的坡度修正公式，由此公式获得的临界纵向抑制风速预测结果更接近于实际。另外，对顶棚设烟道隧道结构下的临界排风风速、移动火源下的临界纵向抑制风速作了初步研究，给出了推导此类公式的思路。本文的实验和数值模拟结果可为研究隧道火灾烟气的运动情况和制定防灾救灾预案提供一定的指导。 |
| 作者： | 李艳玲 |
| 专业： | 化学工程 |
| 导师： | 龙新峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华南理工大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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