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原文传递纵向排烟作用下偏置火源隧道火灾的火羽流特性研究

论文题名：	纵向排烟作用下偏置火源隧道火灾的火羽流特性研究
关键词：	弧顶隧道火灾;纵向通风;火焰形态;纵向温度衰减;偏置火源
摘要：	当隧道发生车辆起火事故时，涉事车辆往往会靠边停驶，而非停在隧道正中央。纵向排烟是隧道火灾控制烟气的常用措施。纵向通风会影响火源的燃烧速率，进而造成不同的顶棚最高温度和纵向温度分布。但是，目前大多数文献并没有涉及纵向排烟作用下弧顶隧道偏置火源引发火灾的情况。在弧形侧壁和纵向排烟的作用下，偏置火源火灾产生的烟气会出现与火源位于隧道中轴线的火灾完全不同的“S”型输运方式，这种输运方式暂时还没有学者进行深入的研究。　　因此，本文针对纵向通风作用下弧顶隧道偏置火源的火羽流特性和羽流“S”型输运方式，结合81个缩尺寸实验工况及142个全尺寸数值模拟工况的数据进行研究。最后，研究控制烟气蔓延所需的临界风速，以及回流长度与通风速度的关系这两种实际工程问题：　　（1）根据有无纵向排烟的两种火焰形态，建立并计算了对应的火焰形态模型，得到了火焰长度-燃料质量损失速率模型；根据火焰在弧顶侧壁限制下的火焰形态，建立并计算了对应的火焰形态模型，得到了火焰扩展长度-未燃燃料质量损失速率模型。经过实验数据的验证，发现无风情况下，火焰高度的1.5次方与燃料质量损失率成正比。在纵向通风下，空气卷吸速度与纵向风速的0.22次方成正比，火焰长度与空气卷吸速度的乘积与燃料质量损失率成正比，上述的模型都能较好地描述火焰（扩展）长度的特性演化规律。根据实验数据，建立了燃料质量损失率与纵向通风风速的关系模型，并且拓宽了前人的火焰偏移角度模型的适用范围，发现在相同风速下，火焰贴壁时火焰的偏移角度更小。　　（2）以实验数据为辅，数值模拟数据为主，获得了弧顶隧道偏置火源产生的烟气最高温度羽流迹线，对比了羽流迹线温度与隧道顶棚中轴的纵向温度，发现可以用隧道顶棚中轴纵向温度代表羽流迹线温度。在此基础上，研究隧道顶棚纵向温度衰减规律。以前人的无风的隧道顶棚纵向温度衰减模型为基础进一步改进，使其适用于纵向通风作用下的弧顶隧道不同火源-侧壁距离的隧道火灾，依据实验和数值模拟数据，对比前人单项指数函数的纵向温度衰减模型，发现改进后的纵向温度衰减模型能较好地描述纵向温度衰减规律。　　（3）根据实验数据和数值模拟结果，发现火源位于隧道中间与火源贴壁两种工况的临界风速要比其他两种工况要高。但是火源-侧壁距离对临界风速和回流长度的影响并不大，无量纲临界风速与无量纲热释放率的1/3次方仍成正比关系。无量纲回流长度与无量纲控制风速的关系可以根据斜率的区别分成三个阶段。第一阶段是通风完全不能抑制回流长度；第二个阶段是回流长度会随着通风速度的增大而快速减少；第三个阶段是回流长度随着通风速度的增大而缓慢减少。因此，在实际火灾发生时，应该将风速调节至第二阶段以后。
作者：	张真溢
专业：	环境科学与工程
导师：	张孝春
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广东工业大学
学位年度：	2022