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狭长空间排烟口构型优化及控烟效果研究
| 论文题名： | 狭长空间排烟口构型优化及控烟效果研究 |
| 关键词： | 公路隧道;集中排烟;排烟口;构型优化;吸穿效应 |
| 摘要： | 狭长空间发生火灾时，高温有毒烟气是危害性最大的因素之一，因此研究如何提升排烟效果，有效控制火灾烟气具有重要意义。提高排烟系统排烟效果的主要方式是增大排烟风速，但风速过大容易引起吸穿效应，导致排烟效率降低；同时烟气蔓延存在水平惯性力，到达排烟口时往往还没有被吸入就运动至排烟口下游，导致烟气蔓延距离增大。针对排烟系统存在的上述问题，本文在排烟口下方设计了可以提高排烟口排烟效果的构型优化装置，通过重构排烟口处的流场，增大排烟口负压，抑制吸穿效应，抵挡烟气一维蔓延来提高排烟效果。并给出不同火源热释放速率下构型优化装置推荐参数，为狭长空间集中排烟系统排烟效果改进提供参考。为此开展的主要工作如下： （1）通过分析烟气在普通排烟口处的流动特性，从重构排烟口的流场，阻挡烟气蔓延，抑制吸穿效应方面考虑，介绍了三种排烟口下方设置导烟板的构型优化方案。采用积分比法、N-百分比法和浮力频率法，计算排烟状态下排烟口下方的烟气层分界面高度，分析三种方法计算结果差异以及准确性，并为确定导烟板的垂直高度提供参考。 （2）以标准单洞两车道公路隧道为研究对象，应用FDS建立了隧道集中排烟模型，采用理想羽流模型计算了5MW、15MW和30MW火源热释放速率下的烟气产量和理论排烟量，并探究了非矩形物体在FDS中的建模方法。 （3）应用FDS模拟不同排烟口类型、以及构型优化参数对排烟效率、排烟效果的影响，结果表明，在火源热释放速率5MW，排烟量34m3/s的条件下，单斜板优化排烟口排烟效率最高达到95.2%，比普通排烟口的排烟效率提升了34.6%。通过分析不同构型最优参数与火源热释放速率的关系，得到倾斜导烟板垂直高度与火源功率存在相关性，拟合得到最优高度与热释放速率的关系为：H=0.21((Q)/1000)2/5。 （4）通过分析排烟口下方温度场，应用N-百分比法对吸穿效应进行评估，并基于判定吸穿效应Froude数预测模型，计算了不同排烟口排烟时发生吸穿的临界Froude数。得到普通排烟口排烟时，发生吸穿的临界Froude数等于2.5，单斜板优化排烟口为3.5，双斜板优化排烟口为3.7，平竖板优化排烟口为3.2。在排烟口下方设置优化装置能够提高临界Froude数，有效抑制吸穿效应。 （5）建立1:5的缩尺寸狭长空间实验模型，应用PIV激光设备和高速相机拍摄排烟口处烟气流场，分析不同排烟口排烟时的流场形态，得出构型优化装置能够重构排烟口流场，引导烟气进入排烟口，揭示构型优化装置对排烟口排烟效果的影响。通过对比不同排烟口排烟时其下游的烟气浓度，验证了构型优化装置能够提升排烟口的排烟效果。 |
| 作者： | 李福清 |
| 专业： | 安全工程 |
| 导师： | 季经纬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国矿业大学(江苏) |
| 学位年度： | 2022 |
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