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基于FDS的公路隧道火灾的实验及数值模拟研究
| 论文题名： | 基于FDS的公路隧道火灾的实验及数值模拟研究 |
| 关键词： | 公路隧道;隧道火灾;实验测量;数值;烟气温度分布;隧道内;流体动力学模型;轰燃;计算;温度分布规律;湍流燃烧模型;经济快速发展;火源;横截面;应用性研究;烟气温度场;模拟;火灾的预防;动力学分析;纵向通风 |
| 摘要： | 在现代社会随着经济快速发展，城市规模不断扩大，公路隧道数量和隧道长度日益增长，行车速度和车流密度不断加大，公路隧道内火灾事故发生频率以及危害程度呈现出不断升高的趋势。公路隧道火灾严重威胁人的生命和财产安全，由于公路隧道内部狭长，相对封闭的独特结构，致使火灾一旦发生，常常造成灾难性的事故。如1999年位于法国及意大利之间的勃郎峰（Mont Blanc）公路隧道火灾导致41人死亡的惨剧。因此，对隧道火灾的相关热物理机制进行研究，对隧道火灾的预防及扑救，减少火灾中的财产损失及人员伤亡，保障隧道的安全运行，都是具有非常重大的意义的。针对公路隧道火灾的应用性研究成为火灾研究人员越来越关心的课题。 本论文首先对公路隧道火灾的国内外研究现状以及本文采用的研究方法和研究内容进行综述。然后针对腔室火灾中的一个特殊现象-轰燃，进行了讨论和研究。主要研究了轰燃现象的突变论基础，轰燃发生的判据，以及车辆火灾向轰燃转化条件的突变动力学分析。 根据公路隧道火灾烟气湍流流动的特点，以及火灾过程中状态参数变化所遵循的基本守恒定律，以Navier-Stokes方程为基础，引入浮力修正的k-ε湍流模型、湍流燃烧模型、辐射换热模型，建立了适用于描述隧道内烟气温度分布和气流流动的计算流体动力学模型，并对计算网格进行了合理的划分。设计了一套横截面为0．5m×0．88m，长12m，隧道内的风速可在0-5m/s范围内调节的风洞实验装置，进行了隧道火灾模型实验，测得了有效的实验数据。实验测量呈现出的温度分布规律为：横截面的温度分布呈现对称性，且拱顶温度最高，拱腰、边墙次之，底部温度最低。对纵向温度分布而言，火区温度最高，随着到火源点距离的增加，温度降低，且下降的梯度逐渐减小；随着纵向通风风速的增大，火灾区附近的温度急剧下降，但火源下游沿程温度仍然很高；火源点附近某一区域，横向烟气有分层现象，但该区域以外，温度分布开始逐渐趋于均匀。采用FDS软件对模型隧道内的烟气温度场及流场进行了CFD计算及分析，模拟结果与实验结果趋势规律一致。创新性地利用FDS软件针对设置有顶棚烟道结构的隧道和常规结构的隧道在火灾时的情况进行了对比分析。结合实验测量结果与CFD数值模拟计算结果，对隧道的防火排烟设计、人员车辆的逃生策略提出了一些合理的建议。 |
| 作者： | 兰馨 |
| 专业： | 工程热物理 |
| 导师： | 梁平 |
| 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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