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竖井型市政公路隧道自然通风排烟理论与试验研究
| 论文题名： | 竖井型市政公路隧道自然通风排烟理论与试验研究 |
| 关键词： | 竖井型公路隧道;自然通风排烟理论;交通风力;形成原因;车速 |
| 摘要： | 市政公路隧道具有浅埋长度短的特征，采用沿隧道纵向间隔一定距离修建竖井群，正常运营时依靠竖井进行自然通风，火灾工况下依靠竖井进行自然排烟是一类有很大节能潜力的新型构建模式。但由于自然通风排烟的随机性与对环境条件的依赖性，对自然通风状况下竖井型公路隧道通风排烟规律进行理论与实验研究具有重要的理论和应用价值。 论文分析了交通风力的形成原因及其与车速间的关系，在一维恒定流动假设的基础上，考虑了自然风阻力，划分了各计算段，利用质量守恒与能量守恒方程，建立并求解了各计算段风速的高度非线性方程组。分析了隧道内污染物随风流的扩散机理，建立并求解了隧道各控制体污染物的对流一扩散微分方程组。理论预测出隧道主体风速随竖井间距、交通量、车速增长而增长，而基本不受竖井截面尺寸与主体长度影响，同时隧道内CO浓度随着车速的降低或主体长度的增加而显著增高。分析研究了多种宏观交通流动力模型，采用方程分析法确立了车流密度不变的交通流动力相似准则数为L/Vt。研制了1/10缩尺模型隧道、模型竖井与车辆运动系统，自模区性能实验研究表明模型隧道进入自模区的最小风速为0.33m/s。在保证几何相似与无量纲自然风un/Vt相等的前提下，各控制体无量纲风速ui/Vt的试验结果与理论预测结果符合较好。 在南京西安门隧道内开展了三次实体火灾试验，模拟一辆小客车从起火到旺盛燃烧的阶段，采用快速增长的非稳态火源，最大释热功率5.43MW。试验测量了隧道火灾烟气温度场与烟气蔓延状况，观察到在火灾中后期，上下烟层界面不清晰，部分竖井底部存在烟气倒灌现象。整个过程中，人员始终没有撤离，不受高温危害，能见度尚好。采用FDS软件的并行计算模型对隧道最长暗埋段中部火灾进行了数值模拟，试验与数值模拟结果对比表明，FDS软件的并行计算模型基本上可以较好预测竖井型隧道火灾烟气的发展状况。进一步对某600m长隧道7种火灾工况进行的数值模拟结果表明：火灾烟气的热物理特性较大程度地受到环境温度的影响；减少相邻两竖井组间距有利于烟气排出；构成竖井组的个数不必过多。 |
| 作者： | 童艳 |
| 专业： | 工程热物理 |
| 导师： | 施明恒 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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