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排烟井倾角对竖井隧道火灾烟气热分层和运动影响研究
| 论文题名： | 排烟井倾角对竖井隧道火灾烟气热分层和运动影响研究 |
| 关键词： | 隧道工程;排烟井倾角;火灾事故;烟气分层;烟气蔓延特性 |
| 摘要： | 城市化进程加速，人口急剧增长，为了满足人们出行需求，修建的隧道数量迅速增加，隧道火灾事故频发，造成巨大的人员伤亡和经济损失。因此，掌握隧道火灾的发展规律和对火灾灾难迅速响应是解决上述问题的关键。实际工程中，受限于地质工程、地形地貌等因素，将竖井排烟隧道构建成倾斜型。然而，关于倾斜型竖井排烟能力和烟气流动特点的研究较少。基于此，本文采用理论分析、缩尺寸实验和数值模拟的方法，对倾斜竖井隧道烟气分层和烟气蔓延特性进行了研究。 依据Froude相似准则搭建了1∶10的缩尺寸实验模型，研究了无纵向风时，不同倾斜竖井角度的烟气稳定性。首先，分析了竖井区域（位置B，距火源中心位置2.7 m）烟气层厚度变化情况，对比了倾斜型竖井与垂直型竖井的烟气运动规律。研究结果表明：倾斜竖井能抑制边界层分离和烟气吸穿，能很好的维持烟气层稳定；而垂直型竖井在排烟过程中受竖井高度的影响，竖井高度 h=0.3 m 是边界层分离和烟气吸穿的临界高度，烟气层稳定性受到影响。其次，探究了不同位置的层化曲线与竖井倾角的关系。结果表明：位置 A（距火源中心位置 1 m）的层化曲线重叠高且不受竖井高度和竖井倾角的影响，较强的热浮力维持烟气层稳定。随着竖井排烟面积以及竖井高度的增加，竖井后方位置 C（距火源中心位置 3.7 m）的层化曲线顺针旋转幅度也随之增大，烟气层逐渐失稳。T/Taver=1 与层化曲线的交点随角度的减小而向左移动，表明倾斜竖井后方烟气层热浮力大，其层化强度值大，能维持烟气层稳定。 通过数值模拟研究了倾斜竖井位于隧道一侧时烟气与纵向风速的关系。首先，在自然通风条件下对比分析了竖井横向位置的烟气吸穿与边界层分离的情况及其原因。结果表明：竖井位于隧道中心线上时，不易发生烟气吸穿。其次，揭示了纵向风速与烟气分岔的现象，给出竖井设置在隧道一侧的可行性，进而开展纵向风下不同倾斜竖井的温度分布、流场分布、气体质量流量以及 CO 浓度变化规律。研究结果表明：纵向风速能抑制烟气吸穿，提高竖井排烟性能；气体质量流量随着纵向风速的增加呈现先增加后逐渐降低；同时高度较低时倾斜竖井随纵向风速的增大抑制边界层分离的能力逐渐降低。竖井高度越高，气体质量流量随纵向风速（2 m/s~3 m/s）的增加略有下降，纵向风速对隧道火灾中的 CO有稀释作用，纵向风速越大，竖井排出的 CO浓度越低，其排烟效率降低。最后，综合考虑倾斜型竖井的气体质量流量和 CO 浓度，将纵向风速设定为1.5 m/s，隧道内能很好的维持烟气层稳定以及使排烟效果达到最佳。 |
| 作者： | 梁建兴 |
| 专业： | 安全科学与工程 |
| 导师： | 许秦坤 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南科技大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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