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原文传递吹吸式空气幕的气流特性及控烟效果研究

论文题名：	吹吸式空气幕的气流特性及控烟效果研究
关键词：	隧道火灾;空气幕;吹气幕结构优化;控烟效率;气幕破裂临界条件
摘要：	隧道属于典型的狭长结构，一旦发生火灾，产生的有毒有害高温烟气容易充满整个隧道，给逃生和救援带来了较高的风险，因此，如何有效开展隧道内部防排烟始终受到人们的关注。相对于传统隧道通风排烟方式，吹吸式气幕在阻烟的同时可以兼顾排烟，功能全面，逐渐引起了学者们的兴趣。本文对吹吸式气幕的气流特性和气幕破裂临界条件展开研究。通过对吹吸气流的流场进行理论分析，寻找气幕临界断面可能存在的位置，然后研究临界断面处与侧向烟气的气流参数之间的关系，找到气幕破裂的判定依据。并研究了吹吸气流轴心速度和气流边界的规律，结合气流破裂临界条件，可对隧道内吹吸气幕系统的设计提供参考。其次，本文基于康达效应，对吹气幕结构进行了改造，得到的改进气幕能够实现以更小的吹气风量达到更好的控烟效果，并发现其气流的轴心速度和气流边界的表达式形式未发生改变，且气幕破裂条件未发生改变。　　本文通过小尺寸实验和CFD模拟两种方法，分别对吹气射流和吹吸气流的气流特性进行了研究，发现吹吸气流的临界断面可能位于最小轴心速度处，当吹吸气流在此处的动量与侧面烟流动量之比大于7.6，就能够保证吹吸气流不发生破裂。　　结合康达效应原理对吹气幕结构进行了改造，并对改进气幕进行了参数优化及控烟临界条件研究。发现在进气流量和发烟量相同的条件下，在进气流量和发烟量相同的条件下，对吹气幕进行结构优化可以有效的提高发出的射流速度，强化对周边空气的引流能力，增强射流沿程的质量流量。而进出风口宽度比e2/e1也会影响改进吹气幕的性能，e2/e1越大，射流速度越大，引流能力越强但所需风压越大。综合经济性与实用性，最佳宽度比为6.67；改进气幕的轴心速度变化规律与传统吹吸气流的轴心速度变化规律相同，通过小尺寸实验和CFD模拟两种方法对改进气幕的破裂临界条件进行研究，发现其临界条件未发生改变，当气流最小轴心速度处与侧面烟流的动量比大于7.6时，改进气幕基本不发生破裂。　　以360m×15m×5m的隧道模型进行数值模拟，首先根据流量比大于7.6的原则设计改进吹气幕的各项参数，发现吹吸流量比为1:4时，气幕基本能够阻挡烟气的流动，但会在气幕前造成烟气积聚现象，当流量比提高到1∶5，烟气积聚现象基本消失。然后分析在30MW和50MW两种火灾规模条件下，顶部机械排烟、普通吹吸式气幕和改进气幕的控烟效果差别，结果表明：当火灾规模为30MW时，改进气幕的控烟效率达到91.9%，所需风量为119.88m3/s。普通气幕和顶部机械排烟的控烟效率分别为71.23%和51.83%，所需风量为254m3/s；当火灾规模为50MW时，改进气幕控烟效率可达到90.39%，所需风量为167.52m3/s。普通气幕和顶部机械排烟的控烟效率分别为59.82%和45.2%，所需风量为316.8m3/s。可以发现改进气幕具有更好的阻烟作用，而且所需风量较低。
作者：	卢文
专业：	安全科学与工程
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