公路隧道通风系统与细水雾耦合作用的灭火研究

论文摘要

由于公路隧道工程在结构、通风等方面的特殊性,隧道内一旦发生火灾,传统的水喷淋和气体灭火技术的应用存在局限性,对人员疏散和救援工作造成很大的困难。通风气流影响下,长大隧道工程细水雾灭火有效性和系统运行参数的研究,对加强隧道工程消防安全具有重要的意义。本文应用火灾动力学软件FDS建立公路隧道4MW火灾模型,设定90s启动细水雾,通过对比分析火源的热释放速率、燃料表面和火羽流温度、隧道内CO浓度分布及速度场分布等,分析公路隧道机械通风与细水雾灭火系统耦合作用下的灭火有效性及灭火机理。首先,对比隧道内细水雾喷头与火源相对位置的不同对灭火效果的影响。得出当火源处于细水雾喷头正下方时灭火最为有效,且细水雾灭火效果随着细水雾喷头与火源水平距离的不断增大而变差。通过增加细水雾喷头喷射角度,扩大细水雾喷头保护范围,有利于扑灭火源距离细水雾喷头较远的火灾。对公路隧道顶部排烟与细水雾共同作用下细水雾的灭火效果进行分析,得出排烟与细水雾同时启动工况的灭火效果最佳,此模式下细水雾对燃料表面的冷却作用更为明显。对公路隧道纵向通风与细水雾共同作用下细水雾的灭火效果进行分析,得出纵向通风在细水雾启动前开启灭火效果最佳,且纵向通风对抑制烟气逆流效果明显,在此模式下细水雾对火羽流的冷却作用更为明显。对公路隧道60s开启纵向通风、90s开启顶部排烟与细水雾共同作用下细水雾的灭火效果进行分析,得出“火源上游纵向送风+顶部排烟模式”下,耦合作用系统的灭火主要体现为细水雾对火羽流的冷却作用。在“隧道两侧纵向通风机向隧道送风+顶部排烟风机”模式下,耦合作用系统的灭火主要体现为细水雾对燃料表面的冷却作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 公路隧道火灾现状
• 1.1.2 公路隧道火灾的特点
• 1.1.3 细水雾灭火系统的特点
• 1.1.4 细水雾灭火系统在隧道中的应用优势
• 1.1.5 课题的研究意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 国外主要的研究机构及其研究成果
• 1.2.2 国内主要的研究机构及其研究成果
• 1.3 本文研究的方法及内容
• 1.3.1 课题研究的方法
• 1.3.2 课题研究的内容
• 第2章 公路隧道火灾数值模拟的理论基础
• 2.1 FDS软件的优势
• 2.2 数值模拟的理论基础
• 2.2.1 FDS基本控制方程
• 2.2.2 燃烧模型
• 2.2.3 热辐射模型
• 2.2.4 细水雾模型
• 2.3 网格的划分
• 2.4 边界条件的设定
• 第3章 细水雾对不同位置火源的灭火效果分析
• 3.1 公路隧道细水雾灭火模型建立
• 3.2 确定模拟工况
• 3.3 细水雾对不同位置火源的灭火效果分析
• 3.3.1 火源释热速率及根部平均温度
• 3.3.2 隧道内温度分布及烟气分布
• 3.3.3 隧道内烟气流动状态
• 3.4 增加细水雾喷射角度后的灭火效果
• 3.5 本章小结
• 第4章 公路隧道排烟耦合细水雾灭火研究
• 4.1 建立公路隧道排烟及细水雾灭火系统模型
• 4.2 排烟启动时间对细水雾灭火效果分析
• 4.3 排烟启动时间对隧道温度分布的影响
• 4.4 排烟启动时间对隧道烟气分布的影响
• 4.4.1 对隧道内CO体积分布及速度矢量的影响
• 4.4.2 对隧道内烟气及细水雾的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 公路隧道内纵向通风耦合细水雾灭火研究
• 5.1 建立公路隧道通风及细水雾灭火模型
• 5.2 纵向通风启动时间对细水雾灭火效果的影响
• 5.3 纵向通风启动时间对公路隧道内温度分布的影响
• 5.4 纵向通风启动时间对细水雾的影响
• 5.5 公路隧道纵向通风对抑制烟气逆流的影响
• 5.6 本章小结
• 第6章 细水雾与机械通风耦合作用优化
• 6.1 模型的建立
• 6.2 机械通风对细水雾灭火效果的影响
• 6.3 机械通风对隧道内烟气流动的影响
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢