公路隧道火灾热释放率及通风方式研究

摘要

目前，运用火灾模拟程序进行定量计算，分析失火隧道内的温度、烟气生成量等参数时，都是以火灾热释放率(HRR)为基础的。火灾热释放率(HRR)体现了火灾中能量释放的多少，是决定火灾危险的基本因素。各国针对不同的火灾场景给出了恒定的热释放率，这样虽然能够简化模型，使结果偏于安全，但是无法模拟出火灾增长和衰减的这两个过程，显然是与实际不符的。在研究隧道防灾、救灾、以及人员逃生的时候，火灾的增长阶段对于确定通风控制时间、人员逃生时间以及救援位置是非常重要的。法国给出了线性增长的火源热释放率，反应了整个火灾的变化过程，但是整个模型是线性变化的，且误差较大。本文结合国内外相关文献，运用Ingason.H给出的数学模型，针对不同的火灾场景，给出其相应的热释放率，并通过数值计算研究隧道内温度的变化。 近十多年来，采用纵向通风方式仍然是国内外特长公路隧道通风的总体趋势。然而对于纵向式通风的适用长度，在各国隧道通风设计“规范”中，至今还没有一个成文的规定。 本文从防灾的角度考虑给出纵向式通风的适用长度为4000米，并为增强其适用性对双洞互补式网络通风展开研究。最后给出大别山公路隧道采用双洞互补式通风的具体方案，以及有关参数的设计建议。并通过数值计算大别山隧道的运营工况和火灾工况，分析隧道内的温度场、速度场、浓度场，论证该通风方案在大别山隧道中的可行性和安全性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题的提出及研究意义

1.2公路隧道通风的基本特点

1.2.1公路隧道的通风方式

1.2.2各种通风方式的特点

1.3国内外隧道通风研究现状

1.3.1国外概况

1.3.2国内概况

1.4本文的主要研究内容

第二章隧道通风的基本理论

2.1通风计算基本假设与原理

2.1.1稳定流假设

2.1.2连续介质假设

2.1.3不可压缩假设

2.1.4能量守恒定律

2.2流体动力学控制方程

2.3三维湍流模型及其在CFD中的应用

2.4求解条件

2.5 CFD软件介绍

2.5本章小结

第三章隧道火灾热释放率研究

3.1热释放率研究现状

3.2热释放率设定方式

3.3隧道内不同场景火灾热释放率

3.3.1隧道火灾热释函数的限制条件

3.3.2 3MW火源热释放率

3.3.3 5MW火源热释放率

3.3.4 20MW火源热释放率

3.3.5 30MW火源热释放率(无载重货物)

3.3.6 30MW火源热释放率(有载重货物)

3.3.7 100MW火源热释放率(载重货物)

3.4隧道火灾数值模拟

3.5本章小结

第四章公路隧道火灾事故通风研究

4.1纵向式通风

4.1.1烟雾回流与临界风速

4.1.2临界风速的计算方法

4.1.3纵向通风的临界风速

4.2半横向式通风

4.2.1半横向式通风结构优化

4.2.2半横向火灾事故通风

4.3全横式向通风

4.4小结

第五章不同通风方式适用性研究

5.1国外概况

5.2国内概况

5.3纵向式通风适用性研究

5.4其它通风方式适用性研究

5.4.1纵向加半横向通风方式

5.4.2纵向加全横向通风方式

5.4.3纵向加半横向加全横向通风方式

5.4.4双洞互补式网络通风

5.5本章小结

第六章互补式通风在大别山隧道中的运用

6.1工程概况

6.2设计方案

6.2.1设计风量的确定

6.2.2通风横洞设置范围的确定

6.2.3通风横洞个数的确定

6.2.4通风横洞设计风量的确定

6.3最终方案浓度校核

6.4本章小结

第七章大别山隧道双洞互补式通风数值分析

7.1运营工况数值模拟

7.1.1初始条件

7.1.2结果分析

7.2火灾工况数值模拟

7.2.1初始条件

7.2.2结果分析

7.3本章小结

第八章结论与建议

8.1主要结论

8.2下一步研究的工作

参考文献

致谢