弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征及移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方法研究.pdf

1、隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，地區(qū)之間的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)聯(lián)系也不斷加強(qiáng)，同時(shí)意味著日益頻繁的物資轉(zhuǎn)運(yùn)和人口流動(dòng)，這些都給交通運(yùn)輸帶來了較大的負(fù)擔(dān)。公路隧道是現(xiàn)代交通結(jié)構(gòu)中被廣泛采用的一種有效組織形式，它可以在空間上極大的縮短兩地之間的距離，從而節(jié)省由交通不便所帶來的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。雖然建造大量公路隧道能給交通運(yùn)輸帶來許多便利，但同時(shí)也會(huì)增加火災(zāi)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。隧道火災(zāi)一旦發(fā)生，且在發(fā)展初期沒有對(duì)其采取措施進(jìn)行有效控制的話，其帶來的后果可能會(huì)是災(zāi)難性的，不

2、僅會(huì)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)造成損壞，還可能造成人員的重大傷亡。所以，有必要對(duì)隧道火災(zāi)的演化規(guī)律進(jìn)行深入的研究。本文通過全尺寸測(cè)試、模型尺寸實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法對(duì)弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征及移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方法進(jìn)行了研究，主要包括以下內(nèi)容:
　　首先，通過實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究了側(cè)墻約束效應(yīng)對(duì)弱羽流頂棚射流溫度分布的影響。研究發(fā)現(xiàn)側(cè)墻的約束效應(yīng)對(duì)頂棚射流在沖擊點(diǎn)附近的最大溫升有一個(gè)顯著的影響，這個(gè)溫升和相對(duì)隧道側(cè)墻的橫向距離之間的關(guān)系可

3、以用一個(gè)指數(shù)函數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。但是，在一個(gè)給定位置，側(cè)墻約束效應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化頂棚射流的溫升似乎與火源功率無關(guān)。實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的標(biāo)準(zhǔn)化溫升的縱向分布規(guī)律呈現(xiàn)一個(gè)冪函數(shù)形式，盡管同樣條件下的模擬結(jié)果表現(xiàn)出一個(gè)微弱的指數(shù)分布趨勢(shì)。另外，還對(duì)弧形頂棚和水平頂棚下的溫度分布差異進(jìn)行了比較分析。結(jié)果表明對(duì)于相同功率的火源，在x/Hef＞1范圍內(nèi)，水平頂棚下的溫度會(huì)低于弧形頂棚下的值。對(duì)于這兩種不同的頂棚，雖然標(biāo)準(zhǔn)化溫度和無量綱橫向距離之間的關(guān)系均能用一個(gè)相似

4、的指數(shù)函數(shù)擬合，但是弧形頂棚下的約束效應(yīng)相比水平頂棚是更加顯著的，因?yàn)樵诨⌒雾斉锵码S著橫向距離的減小，會(huì)存在一個(gè)從弱羽流到強(qiáng)羽流的過渡，其頂棚溫度也會(huì)由羽流溫度直接轉(zhuǎn)變成火焰溫度。此外，提出了一個(gè)修正模型去預(yù)測(cè)在HL＜Hef范圍內(nèi)的弧形頂棚下的最大溫升值，這個(gè)模型考慮了橫向火源位置及縱向通風(fēng)的綜合影響。
　　其次，采用模型尺寸實(shí)驗(yàn)方法研究了強(qiáng)火羽流在約束效應(yīng)下的燃燒特征。觀察到弧形頂棚下的火焰前鋒會(huì)出現(xiàn)渦旋。當(dāng)火源靠近側(cè)墻時(shí)，為了

5、維持完全燃燒，需要提供充足的氧化劑，更多的空氣需要被卷吸進(jìn)油池和側(cè)墻之間的區(qū)域內(nèi)，結(jié)果使火焰偏離了豎直方向?？偟膩碚f，側(cè)墻約束的控制機(jī)制可以劃分為兩個(gè)階段:對(duì)弱羽流的熱反饋控制，和對(duì)強(qiáng)羽流的空氣卷吸控制。隨著火源和側(cè)墻之間距離的減小，燃料的燃燒速率呈現(xiàn)出一個(gè)非單調(diào)的變化趨勢(shì)，因?yàn)楫?dāng)池火貼緊側(cè)墻時(shí)并沒有產(chǎn)生最大的燃燒速率值，而是當(dāng)其靠近側(cè)墻時(shí)產(chǎn)生。盡管如此，除了墻火，側(cè)墻約束對(duì)池火沸騰的發(fā)生都存在一個(gè)顯著的影響，因?yàn)闄M向間距越小，燃料接收

6、到的輻射熱反饋和熱傳導(dǎo)就越強(qiáng)，最終導(dǎo)致了一個(gè)更早的沸騰時(shí)間。另外，通過開展油池相對(duì)于側(cè)墻不同布局形式的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)空氣卷吸是限制受限頂棚下墻火發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素。
　　最后，通過全尺寸測(cè)試分析了移動(dòng)式風(fēng)機(jī)在隧道火災(zāi)中的不同排煙方法。當(dāng)用單臺(tái)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙時(shí)，其相對(duì)于火源的距離有一個(gè)臨界范圍。在一定距離內(nèi)，風(fēng)機(jī)被設(shè)置為水平角度對(duì)排煙而言也許是一個(gè)更好的選擇，因?yàn)檫@種設(shè)置能有效地降低煙氣溫度，這意味著將煙氣排出隧道是更容易的。但是，當(dāng)風(fēng)

7、機(jī)和火源之間的距離超過臨界值后，風(fēng)機(jī)的兩種傾斜角度在降低頂棚下最大煙氣溫度的衰減效果上并沒有一個(gè)明顯的差異。當(dāng)用兩臺(tái)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)進(jìn)行組合排煙時(shí)，相比兩個(gè)風(fēng)機(jī)的集中布局形式，可以發(fā)現(xiàn)如果將其中一個(gè)風(fēng)機(jī)布置在下游，其縱向溫度會(huì)明顯的降低，并且會(huì)促進(jìn)煙氣的流動(dòng)。其結(jié)果是，煙氣回流得到了有效地控制，這在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中是有助于開展滅火和救援工作，但是不利的地方在于也會(huì)加速煙氣沉降，這會(huì)危害人員的安全疏散。同時(shí)需要注意的是，如果布置在下游的風(fēng)機(jī)和火源之間