公路隧道火災(zāi)模擬試驗(yàn)弗勞德準(zhǔn)則試用范圍.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和道路交通的發(fā)展，公路隧道數(shù)量和公里數(shù)不斷增加，車(chē)流密度加大，行車(chē)速度加快，各類(lèi)隧道事故發(fā)生的數(shù)量和頻率也相應(yīng)增加。其中，隧道火災(zāi)由于其環(huán)境的封閉性和逃生救援的困難性，往往造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。尤其長(zhǎng)大隧道和交通量大的隧道，火災(zāi)發(fā)生的概率也會(huì)相對(duì)較大。
　　目前，公路隧道火災(zāi)模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)中通常采用弗勞德準(zhǔn)則，但理論分析結(jié)果表明，火源遠(yuǎn)區(qū)煙氣流動(dòng)過(guò)程中浮力作用減小，弗勞德準(zhǔn)則不適用。為確定弗勞德準(zhǔn)則的適用范圍，有

2、必要結(jié)合模型試驗(yàn)結(jié)果，采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行分析研究。
　　本文采用數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)結(jié)合的方法，以單向交通公路隧道為例，分別針對(duì)無(wú)風(fēng)和2m/s自然風(fēng)條件下燃燒熱釋放速率為5MW和10 MW規(guī)?；馂?zāi)的煙氣速度（場(chǎng)）和溫度（場(chǎng)）進(jìn)行對(duì)比分析。預(yù)備試驗(yàn)中，用畢托管測(cè)量同一斷面上36個(gè)點(diǎn)的速度值，以求出該斷面平均風(fēng)速，共測(cè)量5個(gè)斷面，用以求得隧道模型的阻力系數(shù)。模型試驗(yàn)時(shí)，使用PT100溫度傳感器和JY-GD2型風(fēng)速傳感器，分別對(duì)5MW和

3、10MW火災(zāi)規(guī)模下燃燒60s及120s時(shí)，無(wú)風(fēng)條件的溫度分布和2m/s風(fēng)速條件的斷面速度分布進(jìn)行了測(cè)量。數(shù)值模擬使用Gambit軟件對(duì)隧道原始尺寸建立幾何模型和劃分網(wǎng)格，并通過(guò)FLUENT軟件采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和PDF模型對(duì)無(wú)風(fēng)和2m/s風(fēng)速條件下燃燒熱釋放速率5MW和10 MW規(guī)模的火災(zāi)進(jìn)行模擬，得到了與60s和120s相對(duì)應(yīng)的285.7s和571.4s時(shí)各工況下不同斷面的溫度云圖和速度云圖，以及與模型試驗(yàn)各測(cè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)點(diǎn)處的溫度值與速

4、度值。
　　首先通過(guò)預(yù)備試驗(yàn)，求出了隧道變態(tài)模型的沿程阻力系數(shù)λ'm為0.033，進(jìn)而求出了該試驗(yàn)所用隧道模型變態(tài)后模型與原型的縱向長(zhǎng)度比尺為1:29.7;之后對(duì)阻力隔柵進(jìn)行試驗(yàn)，計(jì)算出了隔柵的阻力系數(shù)ξλ為0.412，進(jìn)而得到了阻力隔柵等效的正態(tài)模型長(zhǎng)度和等效的原型長(zhǎng)度。
　　然后基于數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究結(jié)果，通過(guò)對(duì)無(wú)風(fēng)條件下各測(cè)點(diǎn)相應(yīng)時(shí)間的溫度模擬值與試驗(yàn)測(cè)量值的對(duì)比，確定數(shù)值模擬模型及計(jì)算方法。通過(guò)對(duì)2m/s風(fēng)速條件下相

5、對(duì)應(yīng)位置處相應(yīng)時(shí)間的速度數(shù)值模擬結(jié)果與模型試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的對(duì)比，驗(yàn)證了弗勞德準(zhǔn)則在距火源不同距離處的適用性，得出了該隧道火災(zāi)模型試驗(yàn)中弗勞德準(zhǔn)則適用于下風(fēng)方向距火源120m-170m范圍內(nèi)。通過(guò)對(duì)比相同燃燒熱釋放速率，無(wú)風(fēng)和2m/s風(fēng)速情況下數(shù)值模擬所得弗勞德準(zhǔn)則適用距離的范圍得出，2m/s風(fēng)速時(shí)的適用距離比不通風(fēng)時(shí)的適用距離短。通過(guò)對(duì)比相同通風(fēng)條件下，5MW和10 MW兩種不同燃燒熱釋放速率火災(zāi)時(shí)數(shù)值模擬所得弗勞德準(zhǔn)則適用距離的范圍得出