基于fds的隧道通風系統(tǒng)模型邊界條件的確定研究

1、<p>　　基于FDS的隧道通風系統(tǒng)模型邊界條件的確定研究</p><p>　　摘 要：本文利用火災(zāi)動力學軟件FDS并依據(jù)實際地鐵隧道區(qū)間通風系統(tǒng)建立相關(guān)模型，結(jié)合隧道區(qū)間實測數(shù)據(jù)，主要就模型邊界條件包括壁面粗糙度以及風機參數(shù)的設(shè)置進行研究，進行模型邊界條件的確立。本文的研究成果對以后的FDS建模提供了重要參考，使得模擬研究的結(jié)果更加準確。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：FDS；

2、隧道通風；邊界條件 </p><p>　　Research on Boundary Condition of Tunnel Ventilation System Model Based on FDS </p><p>　　SHI Ke1 ，LI Hong-wen2，ZHANG Hao2，WANG Sui-lin1 </p><p>　　(1.School of En

3、vironment and Energy Engineering，BUCEA，Beijing 100044；2.Institute of Building Fire Research，China Academy of Building Research，Beijing 100013) </p><p>　　[Abstract]In this paper, the fire dynamics software FD

4、S established the related model according to the actual subway tunnel ventilation system .Combined with measured data in the tunnel, the main model boundary conditions including surface roughness and fan parameter settin

5、g was researched and established the model boundary conditions. This research provides an important reference to the later FDS model and makes the result of simulation more accurate. </p><p>　　[Keywords]FDS，

6、tunnel ventilation system，boundary condition </p><p>　　中圖分類號：U45文獻標識碼： A </p><p><b>　　0 引言 </b></p><p>　　隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)的高速發(fā)展，火災(zāi)數(shù)值模擬技術(shù)成為了現(xiàn)代研究火災(zāi)的一個重要工具。場模擬軟件FDS（Fire Dynamics S

7、imulator）是模擬火災(zāi)中流體運動的計算流體動力學軟件[1]。FDS軟件程序是開放的，現(xiàn)在它的源程序又不斷的得到更新和完善，目前，F(xiàn)DS的使用已經(jīng)開始超出火災(zāi)研究實驗室的范圍，進入了工程建設(shè)領(lǐng)域，可以作為建筑性能化設(shè)計的重要輔助工具之一[2]。 </p><p>　　FDS在建立隧道通風系統(tǒng)模型的時候，會涉及到一些邊界條件的設(shè)置，這些會影響到模擬結(jié)果的準確度和可靠度。本文將主要就模型邊界條件包括壁面粗糙度以及

8、風機參數(shù)的設(shè)置進行研究，以期望對以后使用FDS軟件建模的人員有所幫助。 </p><p><b>　　1 模型簡介 </b></p><p>　　本段隧道區(qū)間位于八號線二期工程北段，始西小口站至永泰莊站，左右線線間距為15m。本隧道通風系統(tǒng)設(shè)有三個射流風機即XYQJ-SDS-1 ，XYQJ-SDS-2 和XYQJ-SDS-3，其中XYQJ-SDS-2 和XYQJ-SD

9、S-3在右線線路中心線上，XYQJ-SDS-1在停車線線路中心線上，XYQJ-SDS-1和XYQJ-SDS-2中心里程相同。XYQJ-SDS-2與XYQJ-SDS-3串聯(lián)的間距為131.219m，XYQJ-SDS-1和XYQJ-SDS-2并聯(lián)，如圖1所示。 </p><p><b>　　圖1區(qū)間平面圖 </b></p><p>　　模型以區(qū)間射流風機XYQJ-SDS-

10、2中心為原點，以西永方向為正x軸，隧道寬為Y軸，高度為Z軸，以右線線路空間用FDS軟件建立1:1模型，如圖2.在右線中心線測量斷面上分別布置4個風速測點，測點位置如圖3。 </p><p>　　圖2 FDS模型圖圖3測點位置圖 </p><p><b>　　2 實驗工況 </b></p><p>　　實驗工況為人員向西小口站（迎風）方向疏散，西

11、小口站、永泰莊站、區(qū)間相關(guān)風機按氣流組織方向啟動運轉(zhuǎn)，各風機控制方式見表1，區(qū)間內(nèi)聯(lián)絡(luò)通道門關(guān)閉。 </p><p>　　表1 風機控制模式表 </p><p><b>　　3邊界條件設(shè)置 </b></p><p><b>　　3．1粗糙度設(shè)置 </b></p><p>　　計算隧道壁面粗糙度，一般

12、要知道它的摩擦阻力系數(shù)?，F(xiàn)在有用于計算摩擦阻力系數(shù)的公式中，適用范圍最廣的是來源于莫迪圖的Colebrook公式[3]，公式如下： </p><p>　　式中，δ為隧道壁面粗糙度，m；d為隧道截面的當量直徑，其中m。 </p><p>　　據(jù)文獻[4]，其推薦的雙線隧道沿程阻力系數(shù)并考慮一定的安全系數(shù)選取隧道壁面的摩阻系數(shù)取0.021。而據(jù)文獻[5]，隧道壁面摩阻損失系數(shù)應(yīng)根據(jù)隧道的斷面當

13、量直徑和壁面粗糙率等取值，參考此處混凝土隧道壁面的摩阻系數(shù)取0.02。 </p><p>　　把分別代入到式中，得到粗糙度，為了更好的進行模擬結(jié)果分析，加入。由此，在模擬中對粗糙度的設(shè)置有四個變量，并定義為，，，，對應(yīng)工況1-4。 </p><p>　　3.2風機參數(shù)設(shè)置 </p><p>　　區(qū)間所用射流風機的型號參數(shù)如表2。 </p><p&

14、gt;　　表2射流風機參數(shù)表 </p><p>　　射流風機的安裝位置靠近隧道壁面或拱頂，則空氣射流與壁面或與拱頂之間必然會產(chǎn)生附加摩擦損失。在FDS中，設(shè)置風機用的是fan命令，其設(shè)置參數(shù)有兩個即風速v和風量q，對其進行損失修正得： , 。 </p><p>　　因此，模型中設(shè)置在v=32.03m/s和q=25.19m3/s工況下分別進行模擬。 </p><p>

15、<b>　　4.模擬結(jié)果分析 </b></p><p>　　4.1風機參數(shù)影響 </p><p>　　在v=32.03m/s和q=25.19m3/s參數(shù)下，各工況各點風速均值與實測值的對比如圖4至5所示。 </p><p>　　圖4風速v=32.03m/s下，右線中心線沿程各點風速比較 </p><p>　　圖5 風量q

16、=25.19m3/s下，右線中心線沿程各點風速比較 </p><p>　　綜合模擬結(jié)果來看，在風速v=32.03m/s工況下，模擬值更接近于實測值，即風機采用風速參數(shù)進行模擬擬合度更好。因此，F(xiàn)DS模型中有風機時，模擬要采用風速參數(shù)進行模擬。 </p><p>　　4.2粗糙度的影響 </p><p>　　在風速v=32.03m/s下，各工況各點風速均值與實測值的對

17、比如圖4所示。 </p><p>　　綜合模擬結(jié)果來看，當粗糙度或0.01時，模擬值更接近于實測值，而當粗糙度、時，模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)差別較大，這說明粗糙度的設(shè)置影響到模擬結(jié)果的準確性，但是1-2毫米的差別對結(jié)果影響不大，這也對以后的FDS模擬時，在壁面粗糙度的設(shè)置上提供了一個可參考的誤差范圍。由于隧道中流體的雷諾數(shù)值比較大，由Colebrook公式的特點可以看出，隧道當量直徑對粗糙度的影響很小。一般情況下，不同

18、斷面尺寸參數(shù)的隧道計算得出的粗糙度結(jié)果相差并不大。因此，在FDS模擬中，可以將粗糙度設(shè)置在0.01m左右。 </p><p><b>　　5 結(jié)語 </b></p><p>　　利用FDS建立隧道及其通風系統(tǒng)模型時，邊界條件設(shè)置采用壁面粗糙度0.01m和風機在風速參數(shù)模擬下得出的結(jié)果值更接近于實測值，擬合度更好。在此條件基礎(chǔ)之上，進行其他的模擬研究得出的結(jié)論可信度更強

19、，參考價值更高。本文研究結(jié)果為以后的FDS模擬時邊界條件的設(shè)置提供了重要的參考性建議，從而使計算機數(shù)值模擬技術(shù)更好的為工程實踐服務(wù)。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 劉鵬舉等.隧道火災(zāi)研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國科技信息,2008,(2):35～38. </p><p>　　[2] 趙忠杰.公路隧道火

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