地下交通環(huán)廊隧道火災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)廊隧道結構復雜，一旦發(fā)生火災，煙氣難以控制。地下交通環(huán)廊隧道主要由進出口匝道和地下主體隧道構成。進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溫度、速度等參數分布的影響。實驗結果表明，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煙氣流動機制的無量綱參數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。
　　縱向排煙是隧道內最常用的煙氣控制方法，本文分析了縱向排煙臨界風速的形成機制以及實現縱向排煙臨界風速所需要的動力。認為臨界風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阻力的理論模型。鹽水實驗和FDS數值模擬均表明，由于煙囪效應的影響，火災發(fā)生在傾斜隧道不同位置時達到縱向排煙臨界風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速大于臨界風速，還需要保證與排煙路徑相連的防煙分支的風速大于防煙風速。本文通過理論分析提出了防煙風速的理論模型，通過小尺寸

5、實驗證明了該理論模型的可靠性。在環(huán)廊隧道內采用縱向排煙時，可能有多種風機組合方案都能夠達到設計要求。針對同一個火災場景，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機相互影響，增大了縱向排煙系統設計的難度。本文通過引入上游分流點和下游合流點將環(huán)狀通風網絡轉變?yōu)橹钔L網絡，根據理論分析提出了環(huán)形隧道縱向排煙系統設計的方法，給出了詳細的設計步驟。為了驗證該設計方法的可靠