地铁隧道火灾烟气流动过程中分岔现象的数值与实验研究

论文摘要

地铁交通事业快速发展给地铁火灾防范提出了更严格的要求,而我国地铁消防工程起步较晚,地铁火灾烟气控制方案还不成熟。因此,必须加强地铁系统火灾安全工程的研究,为确保地铁安全运营和火灾烟气控制提供理论依据和技术支撑。一般火灾系统最根本的特性是非线性,而火灾烟气分岔行为是非线性现象的一种。本文结合中国科学院中国科技大学火灾科学国家重点实验室的开放课题采用理论分析、模型实验和数值模拟相结合的方法对地铁隧道火灾分岔性这一典型非线性现象开展研究。主要研究内容是:一、从理论上分析地铁隧道中火灾烟气羽流传播与火灾烟气逆流两种分岔现象:描述火灾烟气羽流和逆流的数学描述方程并指出其影响因素同时推导了临界风速的理论计算公式。二、参考相似理论,在北京工业大学的地铁隧道模型基础进行实验方案的设计和测量设备的研制,测量所需要的各种参数并整理分析了相关的实验数据。三、采用CFD软件PHOENICS对地铁隧道火灾的烟流分布进行了数值模拟计算,在火灾烟气羽流的模拟计算中发现火灾危险距离随火源功率的关系近似呈抛物线变化。在火灾烟气逆流的模拟计算中验证了实验与计算公式所得出的产生火灾烟气逆流的临界风速。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外火灾非线性现象的研究现状
• 1.3 非线性火灾学及火灾分岔火灾学简介
• 1.3.1 非线性火灾学
• 1.3.2 分岔火灾学
• 1.4 本文研究内容和研究方法
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 主要研究方法
• 1.5 本章小结
• 2 实验装置的研制与调试
• 2.1 引言
• 2.2 本章主要研究内容
• 2.2.1 地铁火灾烟气及温度
• 2.2.2 火灾热释放速率
• 2.2.3 火灾烟气浓度
• 2.2.4 烟气层定义
• 2.2.5 实验测量内容
• 2.3 模型与原型的相似性关系
• 2.4 地铁隧道模型
• 2.4.1 地铁隧道模型实验台的研制
• 2.4.2 模型实验台的组成结构
• 2.4.3 测量设备的研制
• 2.5 本章小结
• 3 烟气分岔现象的理论分析
• 3.1 烟气羽流过程分岔性的理论分析
• 3.2 烟气逆流过程分岔性的理论分析
• 3.3 本章小结
• 4 烟气分岔现象的实验研究
• 4.1 实验数据分析
• 4.1.1 实验主要工况
• 4.1.2 气体组分数据
• 4.1.3 火焰长度
• 4.1.4 热释放速率
• 4.1.5 温度数据
• 4.2 由图像数据分析烟气的分岔性现象
• 4.3 本章小结
• 5 烟气分岔现象的数值模拟与分析
• 5.1 引言
• 5.2 地铁隧道火灾烟气流动的数值模拟
• 5.2.1 地铁隧道火灾烟气流动的物理特征
• 5.2.2 地铁隧道火灾烟气流动数学模型的基本方程
• 5.2.3 地铁隧道火灾烟气流动的计算模型
• 5.2.4 数值模拟的基本参数设置
• 5.2.5 数值模拟的基本初始条件和边界条件
• 5.2.6 数值模拟的基本算法方法
• 5.3 数值模拟结果
• 5.3.1 温度
• 5.3.2 烟气分布
• 5.4 自然通风时烟气羽流分岔性的数值模拟分析
• 5.5 烟气逆流分岔性的数值模拟分析
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集