阻燃沥青的综合评定分析与公路隧道火灾温度场数值模拟

论文摘要

本文针对深圳市莲盐高速公路隧道工程,首先利用多因素模糊评定法对阻燃沥青混合料进行了综合评定分析,其次利用体积热源法和概率密度法对隧道火灾进行三维瞬态模拟,最后结合该项目工程中的隧道实际尺寸,建立模型,对该工程火灾时隧道的温度分布情况进行了三维非稳态模拟,主要研究内容包括以下方面:首先对课题组开发的6种阻燃沥青混合料进行了综合评定分析,综合考虑了其阻燃性能,路用性能,沥青混合料价格,得出了综合性能最好的沥青混合料配方,并结合实际工程中地域差别对沥青路用性能的不同要求,确定出最适合工程使用的沥青混合料配方。其次,利用计算流体力学软件(CFD)fluent6.3.26对火灾情况下隧道温度场进行了瞬态模拟。通过对CFD隧道火灾模拟的理论基础分析,对各种燃烧理论对比选择,对国内外相关研究的分析,找到了比较适合隧道火灾模拟的建模方法,为下一步建模做好了充足的准备。第三,建立了三维的考虑燃烧化学反应的概率密度函数燃烧模型以及不考虑燃烧化学反应的体积热源模型,对不同通风条件下,不同火源热释放率条件下,隧道温度场的变化情况及烟流状况进行了模拟,得到了不同条件下隧道火灾的发展情况,及其温度分布规律(最高温度、纵断面温度、水平断面温度、横断面的温度以及它们随时间的变化),对火灾规模和通风速度的影响进行了研究。最后结合深圳交通局项目“东部沿海高速公路莲塘至盐田段工程”隧道,建立三维模型,采用体积热源模型对临界风速下50MW、100MW热释放率的工况进行了隧道温度场数值模拟,根据模拟结果对该工程提供了指导性建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究的背景
• 1.2.1 隧道阻燃沥青路面性能的研究背景
• 1.2.2 隧道火灾温度场的研究背景
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 隧道阻燃沥青路面国内外研究情况
• 1.3.2 隧道火灾试验及模拟的国内外研究情况
• 1.3.3 国内外在隧道防灾方面的技术要求和标准
• 1.3.4 国内外在隧道沥青路面研究存在的问题
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 阻燃沥青混合料性能综合评价
• 2.1 引言
• 2.2 阻燃沥青配比与试验结果
• 2.3 沥青混合料各项性能
• 2.3.1 深圳气候
• 2.3.2 沥青的水稳定性
• 2.3.3 沥青混合料的低温抗裂性能
• 2.3.4 沥青混合料高温稳定性
• 2.4 沥青混合料的性能检验标准和检验方法
• 2.4.1 沥青混合料的性能检验标准
• 2.4.2 沥青混合料路用性能检验
• 2.4.3 沥青混合料试验数据
• 2.5 沥青混合料性能综合评定
• 2.5.1 决策集的确定
• 2.5.2 因素集的确定
• 2.5.3 逐级估量法（模糊集法）
• 2.5.4 单因素综合评定
• 2.5.5 由试验值确定模糊等级
• 2.5.6 多因素综合评价
• 2.6 本章小结
• 第3章 隧道火灾烟气流动数学物理模型
• 3.1 引言
• 3.2 隧道火灾模拟所需要考虑的因素及采用的模型
• 3.2.1 控制微分方程组
• 3.2.2 受浮力影响的湍流模型
• 3.2.3 辐射模型
• 3.2.4 燃烧模型
• 3.2.5 壁面对流换热
• 3.3 相关物理参数的确定
• 3.4 本章小结
• 第4章 公路隧道火灾温度场CFD 模拟研究
• 4.1 引言
• 4.2 模型的建立
• 4.3 汽油燃烧化学反应系统的 prePDF 模拟
• 4.4 隧道火灾发展过程模拟
• 4.5 隧道纵剖面温度分布情况
• 4.5.1 纵剖面随时间的变化情况
• 4.5.2 纵剖面随通风速度的变化情况
• 4.5.3 假定概率密度函数燃烧模型结果对比
• 4.6 假定概率密度函数燃烧模型熄火模拟
• 4.7 横断面温度场分布规律
• 4.8 水平断面温度场分布
• 4.8.1 水平断面随时间的变化情况
• 4.8.2 假定概率密度函数燃烧模型结果对比
• 4.9 沥青燃烧范围的确定
• 4.9.1 路面纵轴线温度分布曲线
• 4.9.2 路面燃烧范围
• 4.10 本章小结
• 第5章 深圳市东部沿海高速公路二通道隧道火灾数值模拟
• 5.1 引言
• 5.2 模型的建立
• 5.2.1 隧道尺寸与建模
• 5.2.2 火灾规模的确定
• 5.2.3 模拟工况
• 5.2.4 边界条件与初始条件
• 5.3 模拟结果分析
• 5.3.1 隧道温度场纵剖面温度分布状况
• 5.3.2 隧道路面温度场分布
• 5.3.3 隧道横断面温度场分布
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢