复杂隧道纵向分区化烟气控制与射流风机匹配计算研究

摘要

复杂隧道四通八达，火灾位置多样，火源下游分支众多，导致高温烟气影响范围广且难以控制。为兼顾排烟效率和经济性，并减少排烟井等设施对隧道上部区域的影响，在复杂隧道中仍可采用纵向排烟。但是如何对其进行纵向排烟设计，学术界研究得较少，工程界积累的经验不够，相关规范也缺乏有针对性的条文。若采用不合理的纵向排烟方案，不经济的风机选型和不合理的风机匹配方案将会增加初投资和运营费用，甚至导致火灾造成的危害比常规隧道更大。　　复杂隧道现有的纵向排烟设计多是针对特定结构、特定火灾位置进行研究，难以全面应对多种火灾场景。本文将分区化烟气控制应用在复杂隧道纵向排烟中，提出了纵向排烟分区的划分原则和方法，一方面减少烟气送排距离，解决了纵向排烟的烟气蔓延的问题；另一方面也简化了排烟设施和风机匹配方案，达到了兼顾排烟效率和经济性的结果。本文主要采用理论分析和数值模拟的方法研究复杂隧道纵向分区化烟气控制与射流风机匹配计算，得到了多种复杂隧道适用的纵向分区化烟气控制方法。　　研究具体内容和成果包括：①复杂隧道按照隧道结构特点和交通流方向划分为多个基本结构单元，基于此提出纵向排烟分区的划分原则。②通过压力平衡和流量平衡原理确定基本结构单元各分支风机开启方向、相邻排烟分区风机协同关系与风机选型范围，为复杂隧道提供理论基础。③给出多匝道隧道排烟分区划分方法和射流风机匹配计算的运算过程，通过数值模拟证明本文提出的方法在多匝道隧道中的适用性。④在城市地下交通联系隧道（Urban Traffic Link Tunnel，简称UTLT）应用本文提出的方法，通过上游分流点将其转化为多匝道隧道，同一个排烟分区着火对应相同的上游分流点，通过数值模拟证明可以达到较好的排烟防烟效果。⑤在着火双洞隧道开启火灾上游横通道进行疏散的基础上完善互补式排烟的思想，并基于此进行排烟分区划分和射流风机匹配计算，通过数值模拟证明纵向分区化烟气控制方法可以达到较好的防灾效果，同时满足双洞隧道风机动力互补的目的。本文给出了复杂隧道纵向排烟的设计理念与实现方法。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景

1.1.1 常规隧道常用排烟方式

1.1.2 复杂隧道排烟难点

1.2.1 国内外规范现状

1.2.2 复杂隧道排烟方式研究现状

1.2.3 复杂隧道纵向排烟难点

1.3 现有研究方法存在的问题

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

2 排烟分区划分方法及动力匹配

2.1 引言

2.2 排烟分区划分原则

2.2.1 基本分岔单元

2.2.2 分岔单元组合方式

2.3 复杂隧道纵向排烟风速及动力条件

2.3.1 纵向排烟设计风速

2.3.2 纵向排烟动力匹配

2.4 分岔单元风机匹配计算

2.4.1 风机开启方向

2.4.2 风机动力匹配

2.5 本章小结

3 多匝道隧道纵向分区化烟气控制与射流风机匹配计算

3.1 多匝道隧道排烟分区划分方法

3.2 多匝道隧道风机匹配计算

3.3 典型案例验证

3.4 本章小结

4 UTLT隧道纵向分区化烟气控制与射流风机匹配计算

4.1 UTLT 排烟分区划分方法

4.2.1 UTLT隧道风流流向确定

4.2.2 UTLT风机动力匹配计算

4.3 典型案例结果

4.4 本章小结

5 双洞互补式排烟纵向分区化烟气控制与射流风机匹配计算

5.1 双洞隧道互补式排烟

5.2 双洞隧道排烟分区划分方法

5.3.1 双洞隧道风流流向确定

5.3.2 双洞隧道风机动力匹配

5.4 典型案例结果

5.5 本章小结

6 总结

6.1 本文研究成果

6.2 后续工作展望

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目

致谢