移动火源对隧道温度场分布及烟气流动影响规律研究

摘要

隧道空间狭长、密闭,火灾时高温与烟气会严重威胁内部人员生命及隧道结构安全,而着火机动车穿行隧道会使火灾过程更加复杂。论文针对着火车辆穿行隧道引发空间温度场及烟气蔓延动态变化的问题,通过移动火源隧道火灾相似模拟实验与数值模拟,研究移动火源对隧道空间能量分布以及烟气蔓延影响作用。研究结果对隧道火灾防治与救援相关研究与应用具有重要的实际指导意义。
　　以发生过着火车辆穿行事故的法国勃朗峰隧道以及国内典型隧道结构为原型,自行设计搭建了1:20小尺寸隧道火灾特性相似模拟实验系统。通过燃料质量损失率实验,分析了火源移动对火焰湍动及稳定性的影响,建立了火焰形态改变、火源热释放速率与火源速度的对应关系函数。
　　利用相似模拟实验系统,通过不同通风速率与火源条件下的相似模拟,研究了不同实验条件下空间内各位置温度曲线、时均温度以及温度极值等特征参数,结合火区热阻节流效应与活塞风效应分析。掌握了不同速度移动火源对隧道空间温度场分布及能量变化的影响规律,揭示了纵向通风与移动火源在隧道空间内相互制约与促进的作用关系。
　　根据隧道火灾烟气蔓延相似模拟实验,研究了自然通风条件下,不同速度移动火源对隧道空间内烟气蔓延速度的影响作用。结合移动火源造成隧道空间活塞风及热阻作用综合效应分析,阐明了不同行进速度的移动火源对隧道空间内火源前、后不同区段内火灾烟气扩散与蔓延的非对称影响作用规律。
　　基于数值传热基本原理,以相似模拟实验为原型,建立了隧道空间移动火源数值模型。通过火灾动力学数值模拟,分析了移动火源条件下隧道空间流场与压力变化、温度等值面与烟气浓度分布情况。得出了移动火源对隧道内气流场、压力场分布的影响规律,分析了纵向通风对热烟气回流的抑制作用,阐明了移动火源对被困人员的危害影响,并对着火车辆进入隧道初期的人员逃生与车辆引导提出指导性建议。

目录

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1绪论

1.1研究背景

1.2研究意义

1.3隧道火灾研究方法及进展

1.4研究内容与技术路线

2移动火源隧道火灾特性实验系统建立

2.1相似模拟实验分析

2.2隧道火灾相似模拟实验系统构建

2.3移动火源燃烧特性研究

2.4本章小结

3移动火源条件下隧道空间能量分布特征研究

3.1隧道火灾发展过程理论分析

3.2静态火源条件下隧道空间温度分布研究

3.3移动火源条件下隧道空间温度分布研究

3.4火源速度对空间能量分布的影响

3.5移动火源顶棚射流纵向动态叠加机制

3.6本章小结

4纵向机械通风对隧道温度场分布的影响

4.1 隧道机械通风

4.2 纵向通风对空间能量分布的影响

4.3 通风速率对空间温度场的影响

4.4 火源速度对通风隧道温度场的影响

4.5 本章小结

5移动火源对火灾烟气纵向蔓延的影响

5.1火灾烟气危害及蔓延规律

5.2静态火源场景下烟气蔓延规律

5.3火源行至隧道中部对烟气蔓延的影响

5.4火源穿行隧道全程对烟气蔓延的影响

5.5本章小结

6移动火源隧道火灾数值模拟

6.1火灾动力学模拟基础理论

6.2移动火源隧道火灾数值模型建立

6.3隧道空间内流场分布模拟

6.4隧道空间内压力场分布模拟

6.5等温面及烟气浓度分布模拟

6.6着火车辆驶入隧道初期的安全对策

6.7本章小结

7结论与展望

7.1主要结论

7.2创新点

7.3展望

致谢

参考文献

附 录