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原文传递空气幕作用下隧道火灾烟气控制模拟研究

论文题名：	空气幕作用下隧道火灾烟气控制模拟研究
关键词：	隧道火灾;空气幕;热通量;烟气控制;机械排烟
摘要：	随着国内经济的快速发展，各类隧道建设不断增加，隧道火灾安全问题时常涌现。隧道火灾的发生常伴随着极具破坏性的危险后果，若防治不及时会对隧道滞留人员及正在逃生人员产生二次伤害，造成严重的人员伤亡，为隧道消防安全救援带来巨大挑战；而空气幕作为新型的防排烟措施，不但可以阻挡烟气扩散，还具有不妨碍交通、人员疏散和消防救援等优点，因此，研究空气幕应用于隧道火灾的防排烟性能具有重要意义。　　本文以武汉三阳路越江隧道为研究对象，采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法，在前人的研究成果基础上，围绕隧道火灾烟气运移规律及空气幕阻烟性能两个方面进行研究，具体内容如下：　　合理选取空气幕参数是应用推广气幕的重中之重，通过FDS软件进行数值模拟，首先选取热通量作为评估气幕防烟效率的重要指标，按照火源功率、气幕射流速度、射流宽度、射流角度不同，设定20种工况，运用无量纲分析定量评估防烟效率与各因素变化间的关系。结果表明：（1）渗出热通量随火灾热释放速率的增大呈0.73次方增长趋势；在有效空气幕作用下，渗出热通量随射流速度、宽度的增加呈自然指数递减趋势，为保证气幕有效挡烟，小功率作用时，气幕射流速度需≥5m/s，大功率时，气幕射流速度需≥8m/s；改变气幕角度对气幕渗出热通量的影响不大。（2）根据理论分析与数值模拟结果，建立无量纲空气幕渗出热通量预测模型。　　其次，根据该模型实际情况，选取火源功率为20MW时，运用正交试验法设置三因素四水平正交表共9组工况，利用极差分析探究了空气幕射流速度、射流角度、射流宽度与气幕间距与防烟效率结果的显著关系，结果表明：（1）对空气幕防烟效率影响最大的为射流宽度，其次为射流速度，气幕间距与射流角度次之。（2）获得最优参数取值为射流速度30m/s，射流角度20°，射流宽度0.4m，气幕间距60m。　　通过设置不同的防排烟模式，对比分析仅空气幕作用、仅机械排烟作用、空气幕与机械排烟复合作用的烟气分布特征，优化选择复合作用下防排烟方式，研究表明：（1）空气幕与机械排烟复合作用控烟效果远优于机械排烟、空气幕单独作用，复合作用下在疏散区域基本实现“绝对隔绝”烟气，可见度不低于15m，温度达60℃以下，最大程度保证人员安全，且复合作用下气幕与排烟口间距d取30m防烟效果最好。（2）在排烟速率不变、射流速度为5~30m/s的情况下，总体分为两个阶段，以15m/s为分界点，随着射流速度增大，烟气平均温度先增加后降低，相反，可见度随着射流速度的增加先减低后增加；复合作用下，随着排烟量增加排烟效率也相应增加，排烟量100m3/s的排烟效率总体高于80m3/s对应速度下排烟效率；空气幕的作用可显著增加排烟效率，随射流速度增加，排烟效率呈先增高后减少的趋势，0~15m/s总体比15~30m/s效果好。（3）综合考虑防排烟的有效性和经济性，当火源功率为20MW时，取u=10m/s，Vp=100m3/s为最优防排烟组合方式。
作者：	陈祉颖
专业：	安全工程
导师：	牛国庆;李志峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	河南理工大学
学位年度：	2021