地下交通環(huán)廊隧道火災(zāi)煙氣蔓延特性及縱向控制方法研究.pdf

1、地下交通環(huán)廊隧道是一種新型的城市交通隧道，可以使城市繁華區(qū)域的交通更加便利。與常規(guī)公路隧道相比，地下交通環(huán)廊隧道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦發(fā)生火災(zāi)，煙氣難以控制。地下交通環(huán)廊隧道主要由進(jìn)出口匝道和地下主體隧道構(gòu)成。進(jìn)出口匝道為傾斜隧道，且坡度比一般的公路隧道大；地下主體隧道為環(huán)形隧道，氣流組織比較復(fù)雜。本課題主要研究其傾斜隧道和環(huán)形隧道煙氣蔓延特性及縱向控制方法。
　　由于煙囪效應(yīng)的影響，傾斜隧道和水平隧道煙氣流動特性差別較大。本文利用鹽水實

2、驗研究了火源位置和火源功率對傾斜隧道內(nèi)溫度、速度等參數(shù)分布的影響。實驗結(jié)果表明，火源與傾斜隧道上端出口之間的高差以及火源對流熱釋放功率越大，傾斜隧道內(nèi)煙氣層厚度越大，煙氣與空氣混合越均勻，煙氣流量越大。本文提出了控制傾斜隧道內(nèi)煙氣流動機(jī)制的無量綱參數(shù)Q0△Lsinθ/B01-3H2，隨著Q0△Lsinθ/B01-3H2的增大，火源下游從雙向分層流動轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌暇鶆虻膯蜗蛄鲃?。另外，Q0△Lsinθ/B01-3H小于約0.7時，無量綱流量Q

3、/(B0LsinθH2)1-3與Q0△Lsinθ/B01-3H2成正比；Q0△Lsinθ/B01-3H大于0.7時，無量綱流量Q/(B0LsinθH2)1-3為定值，與Q0△Lsinθ/B01-3H2無關(guān)。
　　縱向排煙是隧道內(nèi)最常用的煙氣控制方法，本文分析了縱向排煙臨界風(fēng)速的形成機(jī)制以及實現(xiàn)縱向排煙臨界風(fēng)速所需要的動力。認(rèn)為臨界風(fēng)速由頂棚射流的初動量和煙氣層靜壓共同決定，提出了臨界風(fēng)速的理論模型。分別分析了水平隧道和傾斜隧道縱向

4、排煙的阻力，提出了計算火源和煙囪效應(yīng)阻力的理論模型。鹽水實驗和FDS數(shù)值模擬均表明，由于煙囪效應(yīng)的影響，火災(zāi)發(fā)生在傾斜隧道不同位置時達(dá)到縱向排煙臨界風(fēng)速所需要的動力可能差別很大。
　　利用模型實驗研究了縱向排煙方式在地下交通環(huán)廊隧道的煙氣控制效果。實驗結(jié)果表明，在環(huán)廊隧道采用縱向排煙時，不僅需要保證著火分支的風(fēng)速大于臨界風(fēng)速，還需要保證與排煙路徑相連的防煙分支的風(fēng)速大于防煙風(fēng)速。本文通過理論分析提出了防煙風(fēng)速的理論模型，通過小尺寸

5、實驗證明了該理論模型的可靠性。在環(huán)廊隧道內(nèi)采用縱向排煙時，可能有多種風(fēng)機(jī)組合方案都能夠達(dá)到設(shè)計要求。針對同一個火災(zāi)場景，比較了兩種縱向排煙方案的煙氣控制效果，并討論了選擇縱向排煙方案的原則。
　　地下交通環(huán)廊隧道不同分支上射流風(fēng)機(jī)相互影響，增大了縱向排煙系統(tǒng)設(shè)計的難度。本文通過引入上游分流點和下游合流點將環(huán)狀通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)橹钔L(fēng)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)理論分析提出了環(huán)形隧道縱向排煙系統(tǒng)設(shè)計的方法，給出了詳細(xì)的設(shè)計步驟。為了驗證該設(shè)計方法的可靠