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特大断面公路隧道火灾探测系统适用性研究
| 论文题名： | 特大断面公路隧道火灾探测系统适用性研究 |
| 关键词： | 特大断面公路隧道;火灾探测系统;火焰探测器;差温报警;感温光纤 |
| 摘要： | 随着我国公路交通量日益增多，大断面、特大断面公路隧道不断涌现，可靠、有效的隧道火灾探测越来越重要。前人研究多集中于常规断面下的公路隧道火灾探测系统，对于大断面、特大断面公路隧道火灾探测研究不足。隧道断面尺寸、纵向通风、火源位置、空间障碍物等因素的耦合影响可能会导致探测器报警时间延长及报警位置偏移，进而影响隧道内火灾探测器的选型及布置方式。本文以大断面、特大断面公路隧道为研究对象，采用国际通用的火灾动力学模拟软件FDS分析了隧道内火灾发展情况。选取了6种典型的隧道断面，综合考虑上述影响因素，对系列火灾场景下温度、烟气分布、探测器报警时间和报警位置偏移值等特性进行了分析。研究完成的主要工作如下: (1)通过对顶棚烟气温度的分析，结合特大断面公路隧道火灾特征，讨论了Alpert公式、Kurioka模型在特大断面公路隧道中的应用。在特大断面隧道中，FDS计算得到的顶棚最高温升比Alpert公式预测值要高。此外，隧道内存在纵向风时，FDS计算的顶棚烟气温度略小于Kurioka模型预测值。 (2)通过对隧道顶棚温度及探测器报警时间的分析，发现特大断面隧道中线型感温探测系统釆用差温报警方式较定温报警方式更有效。对于小规模火灾(2MW),当隧道内纵向风u≥1.0m/s,髙度H≥7.5m的隧道采用定温报警方式时，无法满足《公路隧道设计规范》(JTGD70-2-2014)中对报警时间的要求(60s);当u≥2.0m/s，H≥8m时，隧道采用差温报警方式时，报警时间亦超过60s。 (3)纵向风会使隧道内线型感温探测器的报警位置发生偏移。特大断面隧道中发生小轿车火灾时(5MW),差温报警位置偏移值与隧道纵向风速u(1.0～3.0m/s)、火源到隧道顶棚距离Hd满足关系式:d=AHd(u6/5-1)1/2+B，式中A、B与断面髙度有关。 (4)当隧道顶棚中央敷设单根感温光纤时，对其记录的温度变化数据进行分析，发现偏置火的顶棚中央温度相比中心火更低，温升速率更慢，报警时间更长。此外，火源上方存在空间障碍物时会延长报警时间，且障碍物距离火源表面距离越远，延迟效果越明显。 (5)文中给出了适用于不同髙度下隧道的感温光纤敷设数量，同时建议特大断面公路隧道中釆用线型感温探测器与图像型火灾探测器（或双波长火焰探测器）相结合的复合探测方案。此外，文中建立了隧道中火焰探测器覆盖范围的数学模型，依据此模型，工程中可通过隧道尺寸与探测器本身工作参数来获取精确的探测器安装方式及布置间距。 本文可对相关隧道火灾探测系统的选型及布置优化提供一定的参考价值。 |
| 作者： | 孙东旭 |
| 专业： | 安全科学与工程 |
| 导师： | 姚斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国科学技术大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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