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原文传递城市隧道交通和地铁站火灾烟气蔓延及控制研究

论文题名：	城市隧道交通和地铁站火灾烟气蔓延及控制研究
关键词：	城市隧道;地铁站;火灾事故;烟气控制;全尺寸实验;排烟系统
摘要：	随着经济的持续发展，交通业得以迅速发展，尤其是越来越多的地下公路隧道、地铁等地下交通设施不断涌现。这虽然给物流运输、人们日常生活带来快捷、便利，但也给预防其重特大事故发生，特别是火灾防控提出了一个新的重大课题。近年来，国内外多起群死群伤的隧道火灾表明，隧道火灾一旦发生，不仅火势蔓延快，而且积聚的高温浓烟很难自然排出，并在隧道内扩散蔓延，造成重大灾害事故。隧道工程结构复杂、环境密闭、通道狭窄、连通地面的疏散口少，逃生路线长，据统计，隧道发生火灾时造成的人员伤亡，绝大多数是因为不完全燃烧所产生的有毒有害烟气(如CO、CO2等)中毒和窒息所致。因此，研究隧道火灾的烟气流动特性，有效地排除烟气；有利于减少灾害损失及安全疏散，其工程设计与实际应用意义十分重大。　　火灾烟气流动是一种复杂的浮力驱动流，但由于隧道自身狭长及其纵向风的作用，使得隧道火灾烟气流动比一般建筑火灾更为复杂、特殊。本论文首先采用计算流体动力(CFD)方法，针对不同通风排烟方式的地下公路隧道在不同的环境温度、风力情况下的火灾烟气流动特性进行了模拟分析；其次对自然通风排烟条件下的地下公路隧道进行了火灾实际规模实验，并将实验结果与数值模拟结果作了比较，对Khrioka.等人提出的预测隧道拱顶最高温度的理论模型(公式)进行了验证；由于地铁交通与地下公路隧道的不同处之一是前者除设有供乘客上、下的车站台外，其隧道在静态时的火灾烟气流动特性与后者基本相似，因此，在地铁隧道火灾的研究中，侧重屏蔽门、楼梯不同位置设置及其开口朝向等对地铁站台层火灾烟气流动特性的影响，并比较了数值模拟结果，以此讨论比较了排烟效率。最后在上述研究的基础上，对隧道火灾的烟气控制策略提出了有针对性的修改变更建议，为隧道火灾防排烟系统的工程设计提供了技术和数据支撑。　　对于“Y”型玄武湖隧道火灾，研究表明：在同等火灾工况规模下，影响烟气扩散的因素从高到低依次为着火地点、外部环境风、环境温度。由于不同着火位置所对应的机械通风模式有所不同，烟气蔓延扩散情况差异较大。隧道中部着火时，采用风机导流和竖井排烟相结合的通风模式，烟气沿着导烟气流方向扩散蔓延，烟气逆流情况较轻，但隧道内烟气扩散距离较大；隧道匝道着火时，仅采用风机导流的通风模式，导烟气流流经隧道渐变段后导流作用减弱，使得烟气同时向火源上风侧和下风侧蔓延。环境风力对隧道内烟气扩散影响较环境温度大，且对匝道内烟气扩散影响最为明显，容易造成匝道内烟气的淤积，应改变其原有的防排烟模式，开启集中排烟风机排烟。　　对于“一”型龙蟠中路隧道火灾，研究表明：在同等火灾工况规模下，影响烟气扩散的因素从高到低依次仍为着火地点、外部环境风、环境温度。隧道开孔段和暗埋段着火时，开孔段都能排出大量烟气，开孔起到了很好的排烟效果，由于其高温烟气的扩散距离是一定的，即只有与暗埋段相连的几个开口能真正起到排烟作用，远离暗埋段的开口并不能起到真正意义上的排烟作用，且由于无强制导流气体，则烟气在隧道内同时向火源两侧扩散蔓延。不同环境温度和外部环境风对暗埋段内火灾影响较开孔段小，但烟气温度及浓度较高。环境温度对火灾烟气扩散影响较环境风小；如开孔段存在倒灌风时，则烟气基本上呈单向性扩散，与隧道存在机械导流通风相类似。　　 Kurioka等人通过小尺寸的模拟实验，建立了经验的预测模型，由于开展相关的全尺寸试验难度大，该模型能否在实际全尺寸的隧道内进行应用有待进一步验证。本文通过隧道火灾全尺寸试验，结合CFD数值模拟对该模型进行了验证，结果表明：该模型在实际尺寸的隧道内仍能提供较好的预测结果。　　在对典型的岛式和侧式地铁站台层火灾研究中，结果表明：通过优化挡烟垂壁和排烟口位置、安装屏蔽门和优化楼梯结构设计，可以限制烟气的扩散，提高排烟效率，为人员疏散创造有利条件，为地铁站排烟系统的优化控制与管理提供了系统的理论支持。
作者：	诸德志
专业：	安全技术及工程
导师：	蒋军成
授予学位：	博士
授予学位单位：	南京工业大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文