隧道火灾的烟气流动与控制研究

随着我国交通运输、旅游事业的发展，各种各样的隧道也得到了飞速的发展。但近些年来世界各国发生的隧道火灾案例说明，一旦发生隧道火灾，将造成巨大的人员和财产损失。因此，隧道火灾的防治问题已引起了世界消防科研界的关注。本项目将建立一座小尺寸的隧道，实验研究不同火源条件下烟气在隧道内蔓延的速度大小、烟气层的高度发展、隧道内的温度分布规律，研究风速对烟气蔓延的影响，火灾发生后烟气的控制区段及烟气排放速率，并结合实验数据，发展适合于隧道这种长通道建筑的火灾发展模型。相信本项目的研究将为我国的隧道火灾的消防安全设计提供理论支持和实验依据。 2100433B

UTLT隧道火灾的顶棚最高温度、顶棚火焰长度、烟气回流长度与限制风速、烟气控制方案及排烟效率对于掌握UTLT类隧道火灾烟气输运特性，推进UTLT类隧道消防安全保障体系的建立具有重要意义，并为UTLT类隧道防火设计规范的制定提供可靠的理论与技术支持。 本项目通过FDS数值模拟计算，考虑了火源高度和隧道高宽比，引入新的当量直径的计算方法，建立了UTLT类隧道火灾最高温度预测模型。与实验值比较，结果表明，理论模型的预测值与实验测量值吻合较好。该模型可用于UTLT类隧道顶部防火保护的工程计算。通过FDS数值模拟计算，对不同当量直径及高宽比的UTLT类隧道，在不同的热释放速率及径向速度情况下，建立了在较高和较低的的径向速度下火焰长度预测模型。通过与其他学者的模型进行比较，分析了不同参量对上下游火焰长度的影响。该模型可用于UTLT类隧道发生火灾时不同工况下火焰长度的计算。通过量纲分析方法、FDS数值模拟计算，在不同当量直径及高宽比和不同的热释放速率及径向速度情况下，建立了UTLT类隧道火灾烟气回流预测模型。与实验值比较，结果表明，理论模型的预测值与实验测量值吻合较好。进而推导出了UTLT类隧道限制速度的预测模型。该模型可用于UTLT类隧道排烟设计的工程计算。通过对北京市与CBD UTLT相似的两条地下公路隧道进行的实体通风测试及数值仿真研究，认识了轴流风机在风口处设置百叶后对隧道内速度场分布的影响，以及射流风机与轴流风机综合作用下的速度场分布，并获得了轴流风机与射流风机模型建立以及边界条件的设置方法。该方法可直接用于CBD UTLT烟气控制的模拟研究或其它同类型隧道的通风、防排烟设计研究。将CBD UTLT隧道划分成9个排烟区段；并从9个区段中选取5个作为该隧道的典型火灾场景；对每一个火灾场景通过稳态及瞬态的模拟，并结合最优烟气控制方案的标准，得出对应的“合理”烟气控制方案。根据北京市某UTLT隧道中排烟口的设置特点，利用FDS建立三种不同类型的排烟口，对三种排烟口隧道内的烟气分布进行数值模拟，通过对比分析烟气温度、速度、能见度等参数指标，发现火灾模式下，在侧壁位置最高的排烟口的开启方式最佳，更有利于隧道内烟气快速集中地由排烟口排出，排烟效果更好。在侧壁位置最低的排烟口排烟效率最差。 2100433B

新型城市地下交通联系隧道（Urban Traffic Link Tunnel，以下简称UTLT）与常规隧道相比，具有独特的本体形状、使用功能及结构特点，存在更大的火灾事故风险，需要更高的消防安全目标。本项目以提高UTLT类隧道消防安全水平为目标，开展具有UTLT类隧道特色的消防安全研究工作。.通过理论分析、全尺寸试验以及数值模拟等方法，阐析火灾烟气层在UTLT隧道的动力学发展过程，建立UTLT类隧道烟气温度分布规律、烟气层蔓延及层化特性的理论预测模型；拓展纵向式通风临界风速理论，得到UTLT环形主隧道临界风速的经验预测模型；揭示隧道结构特点、不同防排烟方案对烟气输运过程的影响；寻求典型火灾场景下，烟气优化控制方案。研究成果将有助于掌握UTLT类隧道火灾烟气输运特性，有助于推进UTLT类隧道消防安全保障体系的建立，为UTLT类隧道防火设计规范的制定提供可靠的理论与技术支持。

前言

第1章绪论

1.1隧道及其主要类型

1.1.1隧道的分类

1.1.2隧道的发展

1.2隧道的结构特点

1.3隧道火灾的典型案例

1.4隧道火灾的基本特点及防治技术难点

1.4.1隧道火灾的基本特点

1.4.2隧道火灾的防治技术难点

1.5隧道火灾的研究现状

1.5.1国外研究现状

1.5.2国内研究现状

1.6本书主要内容

参考文献

第2章隧道火灾的燃烧行为特征

2.1隧道火灾发展的基本过程

2.1.1受限空间火灾发展的一般过程

2.1.2隧道火灾发展的基本过程及特点

2.2隧道火灾的燃烧特点及热释放速率

2.2.1隧道火灾的主要可燃物

2.2.2隧道火灾的燃烧特点

2.2.3纵向风对隧道火灾燃烧热释放速率的影响

2.2.4纵向风作用下隧道内的火焰贴地行为

2.3隧道内纵向风作用下的火羽流行为

2.3.1火羽流的基本理论、特征参数及隧道火羽流的特点

2.3.2隧道内纵向风作用下的火焰倾角

2.3.3隧道内纵向风作用下的火焰长度

2.3.4隧道内火羽流撞击拱顶区的最高温度

2.3.5纵向风对近火源区温升及感温型火灾自动报警系统的影响

2.4隧道内的火蔓延机制

参考文献

第3章隧道火灾的烟气流动与输运行为

3.1隧道火灾烟气蔓延的基本过程

3.2隧道火灾顶棚射流特征

3.2.1隧道火灾顶棚射流的基本形态

3.2.2隧道火灾顶棚射流温度分布

3.2.3坡度对隧道火灾顶棚射流温度分布的影响

3.2.4隧道火灾顶棚射流的水平蔓延速度

3.3隧道火灾烟气层的一维温度场分布

3.4隧道火灾烟气分层及稳定性

3.4.1热浮力分层流稳定性的无量纲表征

3.4.2纵向风作用下隧道火灾烟气分层形态及失稳临界判据

3.5隧道火灾CO的输运与空间分布特性

3.5.1隧道火灾烟气层CO输运的时间效应

3.5.2隧道火灾烟气层CO浓度的竖直分布及其与温度分布的相似性

3.5.3隧道火灾烟气层CO浓度的纵向衰减及其与温度衰减的差异表征

3.5.4隧道内利用空气幕抑制CO输运的有效性

参考文献

第4章隧道火灾的计算机模拟

4.1火灾过程计算机模拟概述

4.2隧道火灾的区域模拟

4.2.1多单元区域模拟

4.2.2多层区域模拟

4.3隧道火灾的计算流体动力学模拟

4.3.1计算流体动力学模拟的基础知识

4.3.2FDS模拟程序介绍

4.3.3FDS应用于隧道火灾烟气流动模拟计算的举例

参考文献

第5章隧道火灾的实验研究

5.1隧道火灾的实验研究概述

5.2隧道火灾的模型试验

5.2.1相似准则

5.2.2典型隧道试验模型简介

5.3隧道火灾的全尺寸现场试验

5.3.1边界条件

5.3.2热释放速率的测量方法

5.3.3烟气温度分布及烟气前锋、烟气层高度的测量

5.3.4纵向风速的测量方法

5.3.5CO浓度空间分布的测量

5.3.6隧道火灾烟气蔓延特性的典型全尺寸现场试验

5.3.7隧道火灾自动报警系统性能的典型全尺寸现场测试试验

参考文献

第6章隧道火灾的通风与排烟技术

6.1隧道的通风排烟设计模式简介

6.1.1全横向通风与排烟

6.1.2半横向通风与排烟

6.1.3射流风机纵向通风与排烟

6.1.4不同通风排烟模式的发展历程及优缺点

6.2纵向排烟作用下隧道火灾的烟流行为及临界风速

6.2.1射流风机作用下的隧道流场特性

6.2.2纵向排烟作用下弧顶隧道内近壁面火灾的螺旋式烟流行为

6.2.3纵向排烟作用下隧道火灾的烟气逆流及临界风速

6.3某主辅双洞隧道火灾烟气控制模式对比分析

6.3.1隧道工程概况及待选烟气控制方案

6.3.2计算机建模及火灾场景设计

6.3.3不同烟气控制方案下的烟气蔓延情况

6.3.4不同烟气控制方案的效果对比

6.4全横向排烟系统若干技术优化策略

6.4.1补气口位置对隧道横向排烟效果的影响

6.4.2排烟启动时机对隧道横向排烟效果的影响

6.4.3全横向排烟速率对烟气层形态及水平蔓延的影响

6.4.4烟气层“吸穿现象”及其对隧道横向排烟效果的影响

参考文献

第7章隧道火灾中的人员疏散

7.1隧道内的人员疏散设施

7.1.1疏散通道

7.1.2独立避难间

7.1.3隧道灭火救援通道

7.1.4其他疏散设施

7.2隧道火灾的人员疏散模式及策略

7.3隧道火灾时的人员行为特征

7.3.1火灾时人员的一般行为特征

7.3.2隧道火灾时人员行为的特殊性

7.4隧道火灾人员安全评价方法

7.4.1人员安全疏散评价准则

7.4.2人员安全疏散分析评价软件简介

7.5隧道火灾的人员安全疏散分析举例

7.5.1利用经验公式和Exodus软件分析某隧道火灾的人员疏散过程

7.5.2利用Pathfinder软件和Exodus软件分析某隧道火灾的人员疏散过程

参考文献 2100433B