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竖井隧道火灾烟气发展特性和自然排烟研究
| 论文题名： | 竖井隧道火灾烟气发展特性和自然排烟研究 |
| 关键词： | 地下隧道;火灾;竖井自然排烟;烟气发展特性;数值模拟 |
| 摘要： | 十八大以来中国社会经济形式迈向新常态，经济的快速发展，人口的不断增加，对交通的需求量也越来越大，为缓解交通压力，大量的地下隧道进入人们的视线。由于隧道相对狭窄受限的封闭结构特点，一旦发生火灾，如果不能及时通风排烟，大量有毒烟雾和高温烟气聚集，增大救援难度，威胁人员生命安全。竖井自然排烟是目前最经济有效的烟气治理方法，因此研究竖井隧道火灾烟气发展特性和竖井排烟的效果具有重要的现实意义。 本文运用数值模拟软件建立竖井隧道模型，研究在无风条件下不同环境压强对隧道火灾烟气运动，温度和流场分布以及竖井排烟效果的影响。结果表明：隧道竖井能够排出大量的烟气，有效降低烟气温度，减缓烟气的蔓延速度；火灾烟气蔓延至竖井隧道右侧端口的时间整体比烟气蔓延至隧道左侧端口的时间增长将近7%；相同火灾规模下带有竖井的隧道火灾，烟气蔓延速度随着环境压强的升高而降低，同一时刻下低压环境下烟气蔓延距离大于常压环境下的烟气蔓延距离；环境压强为60kPa下的烟气最高温度比常压的最高温度高40%左右。火源规模较大时，排烟效率随着环境压强的升高而降低，环境压强对小功率火灾下竖井排烟影响较小。 建立隧道火灾临界风速与环境压强的无量纲关系式，通过对比前人实验结果，验证模拟合理性。对于纵向风对隧道火灾烟气运动特性和竖井排烟的效果影响表明：在同一环境压强下，隧道火灾的烟气控制临界风速随着火源规模的增大而增大，在同样的火灾规模下，环境压强为60kPa区域临界风速比常压环境区域临界风速大20%左右；纵向风能够扰乱隧道烟气的分层，影响竖井的排烟效果；较小的纵向风速下，低压环境烟气层高度总是低于常压环境的烟气层高度，人员向火源上游逃生的最佳纵向风速为2.5m/s；纵向风速较小时，易发生吸穿现象，较大的纵向风能够弱化竖井烟囱效应，但是不利于火源下游人员疏散，合适的纵向风能够增加竖井的排烟效果，排烟效果最佳的纵向风速大小为2m/s。纵向风能够增大竖井排出的气体质量流量，且常压环境下竖井排出的气体质量流量比低压环境竖井排出的气体的质量流量高出40%左右。 通过改变竖井高度，研究了常压和低压两种环境下竖井隧道火源上下游温度变化和竖井排烟效果。结果表明：竖井高度对火源上游温度变化影响不大，但对竖井下游烟气温度和烟气层高度变化影响明显，烟气温度和烟气层高度整体随着竖井高度的增加而降低。两种环境下的竖井质量流量整体随着竖井高度的增大而增大，一氧化碳浓度整体随着竖井高度的增大而减小，竖井高度过高不利于竖井排烟。 |
| 作者： | 巩建坤 |
| 专业： | 工程(建筑与土木工程) |
| 导师： | 靳晓华;袁英峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中原工学院 |
| 学位年度： | 2022 |
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