新型UTLT类隧道火灾烟气输运特性与优化控制研究结题摘要

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。

城市轨道交通因其运量大、速度快、节能和环保等特点，已成为现代城市公共交通系统的骨干。近年来随着长大区间隧道的出现，其火灾烟气输运规律，受到高度关注。本项目基于理论分析结合小尺寸实验和数值模拟结果，深入研究了长大区间隧道烟气输运规律。开展的主要研究包括：1）针对长大区间隧道中出现的单洞双向加中隔墙的非对称断面隧道，开展了非对称断面隧道火灾烟气输运规律研究；2）针对目前大量关注火源下游的温度分布忽视火源上游温度分布的情况，开展了长大地铁区间隧道纵向通风下火源上下游顶棚温度分布研究；3）针对长大区间隧道纵向通风下火源下游的烟气出现的分层沉降现象，开展了下游烟气分层规律及烟气层高度计算方法研究； 4）对于无中间竖井长大区间隧道设置射流风机接力排烟的情况，开展了火灾情况下控制烟气的最佳风机间距设置研究；5）针对无中间竖井长大区间隧道会出现多列列车追踪运行的特殊情况，开展了多车运行产生的活塞风变化规律及其影响因素研究；6）针对隧道火灾中的烟气控制问题，开展了新型挡烟方式——空气幕，在隧道火灾中挡烟可行性研究；7）对于山地城市中新出现的一端封堵的特殊隧道，开展了发生火灾情况下的温度分布研究；8）对于连接长大区间隧道的深埋车站，开展了站台发生火灾烟气流动规律和烟气控制研究。上述系列的研究为优化长大区间隧道烟气控制系统设计和和运行管理提供了理论撑。 2100433B

城市轨道交通因其运量大、速度快、节能和环保等特点，已成为现代城市公共交通系统的骨干。近年来随着长大区间隧道的出现，其火灾烟气输运规律，受到高度关注。目前有关长大隧道烟气输运规律的研究主要针对长大公路、铁路隧道，而对长大区间隧道烟气输运规律缺乏系统深入的研究。本项目在理论分析基础上，构建典型长大区间隧道物理模型和数学模型，搭建反映隧道长度和沿程阻力特征的小尺寸实验平台，建立适用于长大区间隧道的场网-耦合计算模型。通过小尺寸实验和数值模拟，研究长大区间隧道内火灾烟气温度场、速度场、压力场的分布，获得隧道长度、火源条件、通风条件多因素影响下的长大区间隧道烟气输运规律，为优化长大区间隧道烟气控制系统设计和和运行管理提供理论支撑。

设置救援站是确保特长铁路隧道火灾时人员安全疏散与紧急救援的关键措施，而对火灾时救援站内烟气流动特性及控制规律的研究则是实现顺利救援的必要前提。本项目基于火灾燃烧理论、流动传热理论、模型试验方法及相似理论、流动传热及燃烧数值计算和网络通风理论，通过量纲分析建立了特长隧道救援站火灾模型试验方法、救援站火灾烟气流动数值计算方法及缩尺比为1/20、采用丙烷作为火源的火灾模型试验台；然后采用模型试验和数值计算，对特长铁路隧道内救援站火灾烟气流动特性及控制规律进行了试验和计算分析，研究了不同火灾强度和通风风速下救援站烟气扩散规律及横通道烟气控制方法；最后根据不同救援站模式及通风方案下特长隧道内救援站烟气流动及控制规律计算结果，研究救援站模式确定方法及相应的最优火灾通风方案。本项目的研究成果不仅可以完善我国高速铁路特长隧道通风及火灾研究理论，同时也可为特长铁路隧道通风规范的完善提供理论支持和技术参考。 2100433B