【摘要】：隨著我國城鎮(zhèn)化的加速,各種隧道不斷涌現(xiàn)。隧道一旦發(fā)生火災(zāi),將產(chǎn)生高溫、熱輻射、煙氣顆粒以及有毒有害氣體等,嚴(yán)重危害人員生命和財(cái)產(chǎn)安全。細(xì)水霧作為清潔高效的滅火技術(shù),在隧道交通等領(lǐng)域中逐漸被應(yīng)用和推廣。發(fā)展基于細(xì)水霧的控?zé)熂夹g(shù),期望在降溫、滅火、衰減火焰熱輻射的同時(shí),可以有效阻擋火災(zāi)煙氣蔓延。然而前人基于細(xì)水霧系統(tǒng)的火災(zāi)煙氣控制技術(shù)的研究,依然十分缺乏,僅部分學(xué)者開展了縮尺度實(shí)驗(yàn)和全尺度數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn),而且針對細(xì)水霧幕控制隧道火災(zāi)煙氣的有效性,研究者們意見并不統(tǒng)一,因此本文通過中尺度實(shí)驗(yàn)、全尺度實(shí)驗(yàn)和全尺度數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn),證明了細(xì)水霧幕控制隧道火災(zāi)煙氣的有效性,并分析細(xì)水霧控制隧道火災(zāi)煙氣的機(jī)制。為了深入的理解和分析細(xì)水霧對隧道火災(zāi)煙氣控制方法和機(jī)制,本文針對隧道液體池火這一火災(zāi)背景,開展了隧道內(nèi)柴油池火燃燒特性實(shí)驗(yàn)研究,對隧道中不同直徑和液位深度柴油池火燃燒速率、CO產(chǎn)量以及溫度分布進(jìn)行測量和分析。結(jié)果表明:無縱向風(fēng)時(shí),油盤直徑較小時(shí),柴油池火燃燒速率隨液位深度變化不明顯,然而CO產(chǎn)量隨液位深度增大而明顯降低;油盤直徑足夠大時(shí),柴油池火燃燒速率,隨液位深度增加而明顯減小,然而CO產(chǎn)量隨液位深度增加沒有明顯變化。施加縱向風(fēng)后,柴油池火燃燒速率隨風(fēng)速增加先增大后減小,此時(shí)CO產(chǎn)量變化趨勢和燃燒速率變化趨勢相同,風(fēng)速約為0.3 m/s時(shí),油池火燃燒速率和CO產(chǎn)量均達(dá)到最大值。無縱向通風(fēng)時(shí),火災(zāi)煙氣沉降速度由燃燒速率和液位深度共同決定。施加縱向風(fēng)后,較低風(fēng)速促進(jìn)柴油池火燃燒,隧道頂棚溫度增加,當(dāng)風(fēng)速增大到0.8 m/s左右時(shí),隧道內(nèi)部最高溫度位置開始下移�？紤]到隧道火災(zāi)煙氣控制方法研究這一目的,選用了產(chǎn)煙量較大的柴油作為火源,柴油燃燒行為直接影響煙氣產(chǎn)量的大小以及煙氣蔓延方式,所以對柴油燃燒過程進(jìn)行細(xì)致的研究十分必要。液體池火燃燒過程中形成溫度場,溫度場控制著煙氣顆粒、煙氣的形成,以及煙氣的傳播形式。因此,利用傳統(tǒng)的溫度測量方法,如熱電偶等,對池火煙氣顆粒所在的溫度場進(jìn)行測量,有助于了解池火煙氣顆粒隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)過程。熱電偶探頭上煙氣顆粒的聚集,會(huì)對熱電偶測溫響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生影響,在不同測溫環(huán)境中,熱電偶的測量誤差,會(huì)隨著輻射交換的增益和損耗而發(fā)生改變。因此本論文借助美國NIST池火火焰溫度測量實(shí)驗(yàn)平臺(tái),采用一種典型的無煙顆粒產(chǎn)生的甲醇池火替代柴油池火,通過對中尺度甲醇池火火焰區(qū)域溫度測量,利用Matlab等有效計(jì)算工具,獲得火焰中心面平均溫度場和單脈沖周期內(nèi)瞬態(tài)溫度場,提高我們對液體池火燃燒行為和動(dòng)力學(xué)過程的認(rèn)識(shí)。結(jié)果表明:熱電偶所測火焰溫度在相同溫度區(qū)間所占比例符合高斯分布。利用纖維測溫方法對中尺度甲醇池火火焰高溫點(diǎn)(1150K)瞬態(tài)溫度進(jìn)行測量,利用累計(jì)分布函數(shù)(CDF)方法擬合得到火焰中任意一點(diǎn)平均值溫度,并通過與Wecman實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,證明CDF計(jì)算方法的有效性,利用Petty誤差計(jì)算方法計(jì)算平均溫度誤差范圍。利用Matlab程序獲得3400幅火焰圖片中相同位置高溫點(diǎn)(1150K)溫度平均值,并計(jì)算得到相應(yīng)的溫度場。利用Gollner方法計(jì)算得到平均溫度場分布圖。通過擬合得到Gollner方法與CDF方法溫度平均值之間的關(guān)系式,并利用擬合公式,計(jì)算得到CDF方法平均溫度場分布圖,最后通過進(jìn)一步計(jì)算得到湍流池火單脈沖周期內(nèi)不同瞬態(tài)溫度場變化圖,幫助我們深入了解湍流池火火焰動(dòng)力學(xué)特性,同時(shí)對考慮到瞬態(tài)溫度場的火災(zāi)模型起到很好的驗(yàn)證作用。在典型液體池火燃燒特性研究基礎(chǔ)之上,自主搭建中尺度多作用力協(xié)同細(xì)水霧幕控制隧道火災(zāi)煙氣實(shí)驗(yàn)臺(tái),對復(fù)雜環(huán)境下細(xì)水霧幕控制隧道火災(zāi)煙氣效果和機(jī)制進(jìn)行深入研究。結(jié)果表明:復(fù)雜環(huán)境下,細(xì)水霧幕可以有效控制隧道火災(zāi)煙氣蔓延,提高被保護(hù)側(cè)能見度,降低CO有毒氣體濃度;通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬手段,分析細(xì)水霧幕控制隧道火災(zāi)煙氣蔓延機(jī)制,發(fā)現(xiàn)細(xì)水霧幕施加過程中,在霧幕兩邊形成較大渦旋,有助于沉降霧幕附近煙氣顆粒。同時(shí)發(fā)現(xiàn),不同噴嘴形成細(xì)水霧幕對隧道火災(zāi)煙氣控制效果不同,實(shí)驗(yàn)中所采用兩種噴嘴,在控制隧道火災(zāi)煙氣中,均存在較理想工作壓力。針對無風(fēng)條件,發(fā)展了細(xì)水霧幕誘導(dǎo)火災(zāi)煙氣下降距離計(jì)算公式,并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比,證驗(yàn)計(jì)算公式的有效性。在中尺度細(xì)水霧幕控制隧道火災(zāi)煙氣實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上,開展了全尺度細(xì)水霧幕控制高大空間火災(zāi)煙氣實(shí)驗(yàn)和全尺度細(xì)水霧幕控制隧道火災(zāi)煙氣數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:本課題組自主研發(fā)的細(xì)水霧幕噴頭,在全尺度高大空間實(shí)驗(yàn)中可以有效的進(jìn)行防火分隔,降低被保護(hù)側(cè)火焰輻射強(qiáng)度,對火災(zāi)煙氣蔓延有延緩作用。在全尺度細(xì)水霧幕控制隧道火災(zāi)煙氣數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)增加細(xì)水霧幕噴嘴個(gè)數(shù)或排數(shù),在與施加細(xì)水霧幕相對的地面設(shè)置排煙口,以及將細(xì)水霧幕和擋煙垂壁結(jié)合使用,可以提高對隧道火災(zāi)煙氣蔓延的阻擋效率,對細(xì)水霧幕在控制隧道火災(zāi)煙氣的工程應(yīng)用的推廣,具有非常重要的指導(dǎo)意義。
【圖文】：

第１章緒論逡逑災(zāi)特點(diǎn)逡逑以來，隧道作為改善交通的重要手段，發(fā)展如火如荼，隧道數(shù)目最多，工程規(guī)模最大的國家。我國公路隧每年均以數(shù)百千米增加，預(yù)計(jì)到２０２０年，，我國鐵路圖Ｕ為我國目前己建成并運(yùn)行的最長通車隧道一一使人民的生活更加的便捷，但是隨著隧道長度和數(shù)量致行車密度的不斷增大，最終導(dǎo)致火災(zāi)事故發(fā)生頻率火災(zāi)為例，表１．１列出了近年國內(nèi)發(fā)生的重大公路隧中不難發(fā)現(xiàn)，隧道油罐運(yùn)輸以及車輛油箱發(fā)生火災(zāi)頻亡以及財(cái)產(chǎn)損失較為嚴(yán)重。逡逑

例從表１．１中不難發(fā)現(xiàn)，隧道油罐運(yùn)輸以及車輛油箱發(fā)生火災(zāi)頻率較高，逡逑事故所造成人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)損失較為嚴(yán)重。逡逑圖１．１秦嶺終南山隧道逡逑表１．１近年來國內(nèi)發(fā)生的公路隧道火災(zāi)事故典型案例逡逑年份邋隧道名地點(diǎn)隧道邐火災(zāi)起因邐事故危害及損失逡逑稱邐長度邐人員傷亡車輛損失逡逑／ｋｍ逡逑２００７邐重慶大重慶邐３．８７５邐客車自燃邐６人受傷邐１輛中巴逡逑學(xué)城隧邐車燒毀逡逑邐ｉｔ邐邐逡逑２００８邐大寶山邐廣東邐３．１５０邐“二甲苯”泄漏邐２人死亡邐車輛燒毀逡逑１逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U458

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10 王壣謇鉺

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