坡度对特长公路隧道火灾烟气蔓延特性影响研究

论文摘要

近年来,随着我国高速公路建设迅猛发展,特长公路隧道大量涌现,为隧道火灾的防治带来了新的挑战。对于特长公路隧道,坡度对火灾烟气蔓延影响以及“烟囱效应”的研究是进行隧道火灾防治的基础。本文采用理论分析、缩尺寸模型试验和数值模拟相结合的方法,针对坡度对隧道火灾烟气蔓延特性的影响及“烟囱效应”的特点进行了研究。论文主要完成了以下工作：(1)通过理论分析方法,着重考虑坡度参数影响的基础上,建立了坡度对隧道火灾纵向温度分布和浮力烟流阻力(火风压)影响的理论分析模型,探讨了隧道纵坡对隧道沿程温度分布和浮力烟流阻力(火风压)的影响规律。(2)通过缩尺寸模型试验手段,针对隧道坡度参数对隧道火灾的温度场分布规律及烟气蔓延规律影响进行了研究,获得了隧道火灾“烟囱效应”形成的坡度条件,以及隧道坡度和火源功率对“烟囱效应”强度的影响关系。(3)为弥补模型试验研究的不足,采用数值模拟方法,针对坡度对隧道火灾温度场分布及烟气蔓延影响进行了研究,获得了不同坡度下火源附近温度场分布规律、隧道纵向和横向温度分布规律、上坡侧流速分布规律、下坡侧烟气蔓延规律,并对数值模拟与模型试验结果进行了对比。(4)采用数值模拟方法,针对不同排烟模式下坡度影响及“烟囱效应”特点进行了研究,获得了不同排烟模式下,不同坡度不同竖井高度情况行车道和竖井内的温度和流速分布规律；对三种排烟模式的坡度影响及“烟囱效应”特点进行了对比分析。本文的研究成果可为特长公路隧道火灾烟气蔓延的合理有效控制,以及火灾通风排烟设计中对坡度因素和“烟囱效应”影响的考虑提供有价值的技术参考与科学依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 论文研究的意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国内外对隧道火灾烟气蔓延特性规律的研究现状
• 1.3.2 隧道坡度及"烟囱效应"对隧道火灾烟气蔓延影响的研究现状
• 1.4 存在问题及发展趋势
• 1.5 本文研究的主要方法及内容
• 1.5.1 本文研究目标
• 1.5.2 研究的主要内容
• 第二章 坡度对隧道火灾烟气蔓延影响的理论分析
• 2.1 坡度对隧道火灾沿程温度分布影响的理论分析
• 2.1.1 基本假设条件
• 2.1.2 隧道火灾烟气温度沿隧道纵向分布模型
• 2.2 坡度对隧道火灾浮力烟流阻力（火风压）影响的理论分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 坡度对隧道火灾烟气蔓延影响的模型试验研究
• 3.1 隧道火灾缩尺寸模型试验设计原理概述
• 3.1.1 相似理论
• 3.1.2 隧道火灾模型试验相似准则的确定
• 3.1.3 模型律的确定
• 3.2 隧道火灾模型试验系统方案概述
• 3.2.1 隧道火灾模型尺寸的确定
• 3.2.2 数据采集系统
• 3.2.3 火源方案及火源功率测定
• 3.3 坡度对隧道火灾烟气蔓延影响的模型试验研究
• 3.3.1 试验工况设置
• 3.3.2 坡度对隧道温度场分布规律的影响分析
• 3.3.3 坡度对隧道火灾烟气蔓延规律的影响分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 坡度对隧道火灾烟气蔓延影响的数值模拟研究
• 4.1 火灾湍流数值模拟理论概述
• 4.1.1 湍流流动及其数值模拟方法
• 4.1.2 火灾动态模拟软件FDS简介
• 4.2 模拟条件设置
• 4.2.1 模拟区段尺寸
• 4.2.2 火源设置
• 4.2.3 网格尺寸划分
• 4.3 不同坡度下隧道火灾烟气蔓延及温度场分布规律数值模拟研究
• 4.3.1 数值模拟工况设置
• 4.3.2 不同坡度下隧道火灾温度场分布规律数值模拟研究
• 4.3.3 不同坡度下隧道火灾烟气蔓延规律数值模拟研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 隧道火灾不同排烟模式下"烟囱效应"影响研究
• 5.1 隧道内常见通风排烟模式概述
• 5.1.1 纵向排烟模式
• 5.1.2 集中排烟模式
• 5.2 坡度对竖井送排烟式纵向排烟模式烟气蔓延影响研究
• 5.2.1 数值模拟工况设置
• 5.2.2 竖井送排烟式纵向排烟模式烟气蔓延数值模拟结果分析
• 5.3 坡度对独立排烟道集中排烟模式烟气蔓延影响研究
• 5.3.1 数值模拟工况设置
• 5.3.2 独立排烟道集中排烟模式烟气蔓延数值模拟结果分析
• 5.4 不同通风排烟模式下"烟囱效应"的影响对比分析
• 5.4.1 隧道行车道温度场分布对比分析
• 5.4.2 竖井内温度与流速分布对比分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 进一步研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果