【摘要】：隨著我國(guó)公路隧道技術(shù)的蓬勃發(fā)展,隧道的形狀不盡相同,曲線(xiàn)隧道漸漸出現(xiàn)在人們的視野中。隧道的坡度和曲率等因素會(huì)干擾火災(zāi)煙氣的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),從而引起火災(zāi)事故,危害人身安全。因此,本文采用FLUENT軟件,對(duì)縱向風(fēng)下公路隧道火災(zāi)進(jìn)行三維瞬態(tài)數(shù)值模擬研究。分析了隧道的縱軸面以及橫斷面的溫度和濃度分布云圖,且對(duì)拱頂以及人高區(qū)域沿程溫度和濃度的變化趨勢(shì)進(jìn)行了詳細(xì)的探討,為隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)的人員撤離和襯砌結(jié)構(gòu)的防護(hù)提供了參考。主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:(1)當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速2m/s時(shí),對(duì)不同坡度下的直線(xiàn)隧道火災(zāi)進(jìn)行研究。分析了隧道內(nèi)的煙氣蔓延、煙氣溫度和CO濃度的變化規(guī)律。隨著坡度的增加,上游回流的長(zhǎng)度更短,下游蔓延的距離更長(zhǎng)。橫斷面的煙氣濃度基本左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)并呈現(xiàn)上高下低的分布規(guī)律。在火源下游區(qū)域,煙氣溫度和CO濃度都有所增加。但是由于風(fēng)速比較大,這種規(guī)律不太明顯。(2)考慮縱向風(fēng)速的影響,對(duì)不同曲率下的無(wú)坡度曲線(xiàn)隧道火災(zāi)進(jìn)行研究。得出通風(fēng)風(fēng)速大于3m/s時(shí),隧道內(nèi)下游的煙氣量明顯比上游多�；鹪聪掠蔚臋M向濃度不再呈現(xiàn)對(duì)稱(chēng)分布,且橫斷面右上角濃度略大于左下角。曲線(xiàn)隧道火源下游的拱頂煙氣溫度高于直線(xiàn)隧道,且隨著曲率的增加,溫度有所減小,這一規(guī)律與通風(fēng)風(fēng)速為2m/s時(shí)正好相反。(3)研究不同火源功率下的無(wú)坡度曲線(xiàn)隧道火災(zāi)。得出同一通風(fēng)風(fēng)速下,相比于20MW火源功率,5MW火源功率下的煙羽流向下游的傾斜角度更大,煙氣沒(méi)有沉降到隧道的底部。隨著火源功率增大,隧道內(nèi)煙氣蔓延越快,煙氣沉降厚度明顯增加,下游的煙氣溫度更高。(4)當(dāng)改變通風(fēng)風(fēng)速的大小,分析直線(xiàn)隧道和曲線(xiàn)隧道火災(zāi)的煙氣流動(dòng)狀況。得出隧道工況一致時(shí),風(fēng)速越大,火源上游煙氣量逐漸減少,下游的煙氣在更遠(yuǎn)的位置開(kāi)始沉降,煙氣的溫度和CO濃度越低。(5)對(duì)于曲線(xiàn)隧道,當(dāng)火源功率為5MW,風(fēng)速1m/s時(shí)人高區(qū)域的CO濃度最小。火源功率為20MW時(shí),CO濃度明顯增大,需要加大風(fēng)速來(lái)促進(jìn)隧道內(nèi)煙氣流動(dòng)。但是隨著風(fēng)速的增加,溫度降的梯度減小,通過(guò)提高風(fēng)速來(lái)降溫的效果愈差。因此,合適的通風(fēng)風(fēng)速對(duì)于火災(zāi)的救援至關(guān)重要。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U458
【圖文】：

航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章 直線(xiàn)隧道火災(zāi)的數(shù)值2 物理模型與計(jì)算條件.1 物理模型以典型單洞雙向行車(chē)隧道為數(shù)值模擬原型，隧道為半圓拱形，長(zhǎng) 500mm，寬 9m，隧道壁面為混凝土結(jié)構(gòu)。坐標(biāo)原點(diǎn)（0,0,0）位于隧道模型底，建模時(shí)以 X 方向?yàn)樗淼篱L(zhǎng)度方向，Y 方向?yàn)樗淼缹挾确较�，Z 為隧道。將模型入口所在斷面取為直角坐標(biāo)系中的平面 X=-250m，并設(shè)為進(jìn)口；將模型出口所在斷面取為直角坐標(biāo)系中的平面 X=250m，并設(shè)為出口，隧道壁面設(shè)為固體壁面邊界。當(dāng)隧道有坡度時(shí)，上坡方向?yàn)樗淼廊肟谏斓姆较�，�?X 軸正方向，隨著坡度的變化，坐標(biāo)點(diǎn)的取值也相應(yīng)改變意圖如圖 3-1 所示：

南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章 直線(xiàn)隧道火災(zāi)的數(shù)值模擬幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行點(diǎn)線(xiàn)關(guān)聯(lián)，然后結(jié)合隧道和火源體的形狀進(jìn)行塊的切割，得出隧道中火源體兩側(cè)的塊基本相同。繼而進(jìn)行 O-BLOCK，然后通過(guò)調(diào)整節(jié)點(diǎn)數(shù) nodes、最首端和最末端第一個(gè)網(wǎng)格 spacing 的大小值、生成節(jié)點(diǎn)的算法 mesh law、尺寸變化率 ratio 來(lái)設(shè)置線(xiàn)參數(shù)。本文采用 BiGeometric 這種生成節(jié)點(diǎn)的算法，節(jié)點(diǎn)數(shù)則根據(jù)線(xiàn)段長(zhǎng)度不同設(shè)置，尺寸變化率多為 1.2 和 2，spacing 值多為 0 和 0.11�？紤]到隧道近火源區(qū)域流場(chǎng)的復(fù)雜流動(dòng)，將對(duì)火源附近的隧道段進(jìn)行加密。加密時(shí)遵循一個(gè)原則：距離火源越近，網(wǎng)格越密集。加密區(qū)的網(wǎng)格尺寸最小為0.1m×0.1m×0.1m，其他區(qū)域網(wǎng)格按照線(xiàn)參數(shù)設(shè)置的比例放大網(wǎng)格的尺寸，整個(gè)計(jì)算長(zhǎng)度內(nèi)網(wǎng)格總數(shù)為 299637 個(gè)。按照這種方法可以得到高質(zhì)量的網(wǎng)格，隧道網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖 3-2 所示：

（d）3%圖 3-3 20MW 火災(zāi)不同坡度下 150s 時(shí)隧道縱軸面溫度分布圖圖 3-3 模擬了不同坡度下，通風(fēng)風(fēng)速 2m/s，煙氣在 150s 時(shí)隧道從進(jìn)口至出口

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本文編號(hào)：2783331