公路隧道火災時縱向通風排煙下臨界風速問題

本文運用fds軟件，對1000m單向單車道公路隧道火災進行了模擬。通過20mw火災時溫度場的發(fā)展、煙氣的蔓延、煙氣層高度的變化，對比分析了不同縱向風速對火災的控制效果。得出了在該模型條件下，縱向通風風速在2.7m/s時，排煙效果最為顯著。

總結(jié)國內(nèi)外隧道火災縱向通風排煙下抑制煙氣回流臨界風速的研究現(xiàn)狀和規(guī)范規(guī)定。通過fds數(shù)值模擬和縮尺寸模型試驗對臨界風速與隧道坡度的關系進行對比分析,得出結(jié)果認為,數(shù)值模擬和模型試驗結(jié)果基本符合;在同一個坡度下,縱向通風速率與回流長度近似成線性關系;當坡度為零時,抑制煙氣回流所需臨界風速較大。

在長大公路隧道設計階段,必須對火災工況下的通風排煙方案進行設計?，F(xiàn)結(jié)合工程實例,對隧道火災工況下的通風方案進行了計算分析,包括火災規(guī)模的確定、需風量/臨界風速的確定以及壓力平衡的計算。最后得到了不同區(qū)域發(fā)生火災需要開啟的射流風機數(shù)量：當下坡段發(fā)生火災時,需開啟5臺射流風機;當在上坡段發(fā)生火災時,需開啟11臺射流風機。

基于我國在長大隧道火災安全體系研究方面的需要,采用cfd方法對長大隧道縱向式通風控制火災煙流的問題進行了數(shù)值模擬計算,研究不同通風條件對煙流的控制效果,得出了在滿足控制煙氣回流的基礎上排煙風速的提高與所取得的降溫效果對比,以及風流經(jīng)過火區(qū)后的蔓延增長變化,同時總結(jié)出煙流溫度分布特征及對隧道結(jié)構(gòu)不同部位的危害,可為隧道的防火與通風方案的制定,以及災后檢測評定工作提供相關的理論依據(jù)和參考。

本模型揭示了公路隧道火災時期發(fā)生逆流時火源區(qū)域煙流流動規(guī)律,分析得出公式可以估算阻止火災時期發(fā)生逆流時所需的\"臨界風速\"。從本模型得知臨界風速取決于隧道高度和火源熱釋放率的大小。通過和在原型試驗隧道火災實驗數(shù)據(jù)的比較,本模型可以為防災通風設計提供依據(jù)。

鐵路隧道橫通道臨界風速是橫通道能否有效防煙的重要參數(shù).根據(jù)π定理和相似理論,對影響橫通道臨界風速的相關因素進行量綱分析,推導出橫通道臨界風速與隧道縱向風速、火災熱釋放率、橫通道防火門的高度及寬度、橫通道與隧道的夾角這5個影響參數(shù)的無量綱函數(shù)關系式;通過數(shù)值模擬并對模擬數(shù)據(jù)擬合,確定橫通道臨界風速與這5個影響參數(shù)的關系.結(jié)果表明:當無量綱隧道縱向風速不大于0.114時,橫通道臨界風速隨隧道縱向風速的增大呈3/7次方的增長關系,當隧道縱向風速大于0.114時,橫通道臨界風速隨隧道縱向風速的增大呈-3/40次方的減小關系;橫通道臨界風速與火源熱釋放率呈1/3次方的增長關系、與防火門高度近似呈6/5次方的增長關系、與防火門的門寬無關、與橫通道和隧道之間的夾角呈-3/8次方的減小關系.根據(jù)這些擬合結(jié)果確定無量綱函數(shù)關系式中各未知系數(shù)的取值,進而得到橫通道臨界風速的無量綱計算公式.

為探討縱向通風情況下坡度隧道火災煙氣的溫度分布、回流長度等特性參數(shù),運用火災動力學模擬軟件fds建立一個長為500m的公路隧道模型,對不同坡度、不同縱向通風速率的20組火災工況進行模擬研究,通過分析各工況的模擬結(jié)果,并結(jié)合前人在隧道火災煙氣特性研究方面的成果,得到火災情況下隧道內(nèi)煙氣的縱向溫度分布規(guī)律、隧道拱頂溫度變化規(guī)律、溫度偏移及煙氣回流長度變化規(guī)律等。

采用縮尺寸模型試驗方法,對不同坡度隧道火災時拱頂附近煙氣最高溫度與通風風速、火源功率之間的關系進行了研究.試驗結(jié)果表明,坡度對隧道火災縱向通風時拱頂附近煙氣溫度有較大影響,以縱向通風方向為參考方向,隨著隧道坡度的增加,拱頂附近煙氣溫度呈下降趨勢.對比分析水平隧道縱向通風下拱頂最高煙氣溫度的kurioka模型,引入坡度修正系數(shù),建立了修正后的拱頂煙氣最高溫度預測模型,可用于有坡度隧道火災縱向通風時拱頂煙氣最高溫度預測.

縱向通風對隧道火災煙氣層結(jié)構(gòu)及豎井排煙的影響機制研究

公路隧道發(fā)生火災時易造成嚴重后果,縱向通風作為火場排煙降溫的常用措施會改變?nèi)紵幕鹪垂β始跋嚓P火災參數(shù),影響公路隧道通風排煙的設計.利用按照弗洛德相似性原理自行設計建造的公路隧道火災煙氣輸運特性研究試驗臺,研究了不同縱向通風風速下燃料火源功率、火焰形狀和煙氣層高度、距火源2m人眼高度處一氧化碳體積分數(shù)、隧道橫截面豎向溫度及隧道縱向人眼高度處溫度的變化規(guī)律.結(jié)果表明,所研究的火災參數(shù)與縱向通風之間呈現(xiàn)非線性變化關系,火源功率在縱向通風作用下出現(xiàn)“雙駝峰”現(xiàn)象,隨風速增大,火源功率、火焰主體長度與亮度的變化規(guī)律相似,平均燃燒速度與一氧化碳體積分數(shù)、溫度變化規(guī)律一致.

火災集中排煙模式下,隧道兩端射流風機需向隧道內(nèi)部補充新風,以使排煙區(qū)域向火源附近排煙口方向集中,縮小煙氣影響范圍。從煙氣控制效果出發(fā),提出排煙效率、煙氣蔓延范圍、能見度3個指標作為判定合理機械補風的依據(jù)。以某越江隧道工程集中排煙為例,采用火災動力學模擬軟件fds對-2.8%坡度隧道在不同排煙口開啟方案(上游3個、下游3個;上游2個、下游4個;上游1個、下游5個)、不同縱向補風風速(0、1、2、3m/s)下的12組火災工況進行模擬計算。結(jié)果表明:縱向補風風速對集中排煙效果影響顯著,本隧道區(qū)段火災集中排煙時的合理縱向補風風速為2m/s,小于縱向通風時的臨界風速值。

防止煙氣逆流的臨界風速是隧道火災通風排煙系統(tǒng)設計的主要指標。國內(nèi)外對純煙氣逆流的臨界風速研究較多,對阻塞明顯且夾帶火焰的煙氣逆流問題研究得則很少。通過模型試驗和數(shù)值模擬,對列車著火阻塞在隧道內(nèi)形成的夾帶火焰的煙氣逆流及其臨界風速進行分析。考慮列車對隧道的阻塞比和火焰熱輻射作用的影響,利用能量方程推導出計算臨界風速的新公式,并與oka-atkinson公式、wu-bakar公式等計算純煙氣逆流的臨界風速公式進行比較。結(jié)果表明新公式更適用于夾帶火焰的煙氣逆流的情況。同時還發(fā)現(xiàn),列車中部著火和頭部著火情況下的臨界風速相近,但與列車尾部著火的臨界風速不同;隧道內(nèi)有列車著火和隧道內(nèi)著火但無列車情況下的臨界風速也有所不同。

公路隧道排煙系統(tǒng)排煙風口的流量分配特性對排煙系統(tǒng)排煙口的合理設置甚為重要。借助于cfd技術分析了縱向風速和排煙風量對于隧道排煙系統(tǒng)排煙風口流量分配特性的影響。結(jié)果表明,排煙風口的排煙能力依賴于縱向風速和排煙風量的合理匹配,排煙風量應綜合經(jīng)濟和技術兩方面的因素來確定。

半橫向通風方式下公路隧道火災數(shù)值模擬——采用流體力學模擬的方法，對半橫向通風方式下公路隧道的火災工況進行了數(shù)值模擬計算。通過對不同吊頂風口距離和開啟個數(shù)的通風方案下的速度場和溫度場分析。評估了各通風方案所能達到的效果。比較各通風方案的數(shù)據(jù)，進...

為了研究設有自然通風口的公路隧道內(nèi)火災行為,按隧道原型制作了比例模型。結(jié)合實驗數(shù)據(jù)分析了火災時隧道內(nèi)煙氣傳播的速度規(guī)律、局部溫度與沿程溫度的分布規(guī)律以及隧道火災行為下人員逃生的要求;通過比例換算,推算出煙氣影響范圍、人員逃離速度和通風口最近設計距離。

針對雙車道單向行駛高速公路隧道火災提出三種排煙方案。利用fds軟件數(shù)值模擬火災時各方案對煙氣遷移和溫度分布的影響,最后優(yōu)選火災時的排煙方案。結(jié)果表明:三種方案均能起到很好的排煙效果。若不考慮成本及技術難度,組合排煙方式效果最佳;若考慮成本和技術難度,則設置排煙口排煙效果最佳。在實際隧道發(fā)生火災時,應綜合考慮決定選取哪一種方案。若選用組合排煙方式,筆者建議火災時,火源上游僅開啟射流風機,火源下游則應同時開啟排煙口,這樣既節(jié)約成本,又能達到目的。

研究了多豎井城市公路隧道自然通風條件下的火災煙氣擴散規(guī)律．在某真實隧道內(nèi)實施了全尺寸燃燒試驗，試驗過程中頂棚下方煙氣溫度沿縱向朝出口快速衰減，火源附近存在明顯的煙氣分層現(xiàn)象，大量煙氣從豎井排出，下游排煙豎井個數(shù)多于上游．使用fds火災軟件開展基于計算流體動力學的大渦模擬，火源區(qū)網(wǎng)格尺寸為0．083m．采用并行計算技術，模擬得到的頂棚下方煙氣溫度、煙氣前鋒、豎井進/排煙均與試驗數(shù)據(jù)吻合較好．進一步的數(shù)值模擬結(jié)果表明：降低環(huán)境溫度或豎井組間距有助于降低頂棚下方煙氣溫度，同時提高豎井出口的排煙質(zhì)量流量．本研究為該類隧道的設計與修建提供了理論與技術支持．

利用長寬高為6m×1.5m×2m的隧道模型,進行了縱向排煙和高壓細水霧滅火實驗.通過對火源附近各測點溫度的測試,分析了不同工作壓力高壓細水霧對柴油池火的控制效果,以及縱向排煙和細水霧不同的開啟時間對控火效果的影響.結(jié)果表明:對于油面尺寸為250mm×200mm的柴油池火,在沒有縱向排煙情況下,6mpa細水霧就可以有效撲滅柴油池火;在縱向排煙和高壓細水霧同時開啟的情況下,15mpa細水霧的控火和滅火效果最好;在高壓細水霧啟動之前30s優(yōu)先開啟縱向排煙的話,可以達到很好的滅火效果.

通過1/20小尺寸模型實驗對城市隧道火災組合通風排煙方式下的排煙特性進行了研究.通過對不同縱向風速和不同排煙量下溫度和煙氣實驗結(jié)果的分析,表明隧道的頂部排煙量越大,煙氣層下降越慢,越有利于隧道內(nèi)的人員疏散,但是排煙量的增大對降低隧道頂部溫度效果不大.根據(jù)實驗結(jié)果可知,對于組合通風方式下的隧道火災,應先打開頂部排煙口進行排煙,然后開啟火源上游風機進行縱向通風,縱向通風風速應控制在臨界風速左右.

為了研究隧道火災半橫向排煙對煙氣排放效果的影響參數(shù),同時為半橫向通風排煙下隧道火災煙氣蔓延情況的系統(tǒng)性研究提供試驗數(shù)據(jù)支持,建立縮尺比例為1:10的水平模型隧道開展火災試驗,并對火災半橫向排煙時排煙閥和排煙道內(nèi)的煙氣流動進行理論分析。結(jié)果表明,水平公路隧道半橫向排煙情況下,理論分析得出的排煙閥處煙氣流速與模型試驗結(jié)果基本吻合;在火源附近,冷空氣與高溫煙氣摻混較少,溫度較高;在靠近風機處,排煙閥煙氣流速較大,但同時因遠離火源,熱量損失和摻混冷空氣較多,因而溫度較低;排煙閥開啟個數(shù)、間距、單個面積以及排煙閥離風機的距離,均會對半橫向排煙系統(tǒng)的排煙效果產(chǎn)生影響。

【摘要】為滿足公路隧道通風降噪的需要，提出了射流風機推力影響因素及其選 用要求。在計算隧道中總推力的前提下確定出射流風機的推力。并確定所用風機 的數(shù)量。 關鍵詞：噴流式通風機隧道選用計算 一、引言 在公路隧道縱向通風系統(tǒng)中，射流風機通常是并聯(lián)為一組，并沿隧道方向間隔布 置，為了滿足隧道內(nèi)噪聲環(huán)境的要求，射流風機通常配有整體消聲器。在夜間， 為了防止隧道洞口產(chǎn)生較大的噪聲，通常是只運行隧道中間部分的風機，或者加 長靠近隧道洞口處的風機消聲器長度，或者采用雙速射流風機。 二、射流風機推力影響因素及選用 1.每組風機之間的縱向距離 如果隧道中每組風機之間具有足夠的距離，則噴射氣流會有充分的逐漸減速，如 果噴射氣流減速不完全，將會影響到下一級風機的工作性能。一般情況下，每組 風機之間的縱向間距取為隧道截面水力當量直徑的10倍或10倍以上，也可以取 風機空氣動壓(pa)的十分之一作風機

為滿足公路隧道通風降噪的需要,提出了射流風機推力影響因素及其選用要求。在計算隧道中總推力的前提下確定出射流風機的推力。并確定所用風機的數(shù)量。