隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)及技術(shù)的發(fā)展,近年來(lái)修建的隧道的數(shù)量和種類(lèi)越來(lái)越多。隧道帶來(lái)便利的同時(shí),也帶來(lái)了巨大的安全隱患。隧道是一種狹長(zhǎng)結(jié)構(gòu)空間,當(dāng)火災(zāi)發(fā)生位置較高或火源的功率較大時(shí),火羽流能在短時(shí)間達(dá)到頂棚,形成頂棚射流火焰并釋放大量熱量,造成隧道結(jié)構(gòu)破壞及大量人員傷亡。前人對(duì)無(wú)阻塞物存在下的隧道火災(zāi)做了大量的研究,并得出了大量的關(guān)于近火源區(qū)域隧道形狀、坡度、HRR、火源位置、縱向風(fēng)速等對(duì)火焰傾角、高度、頂棚縱向溫度衰減布及最高溫度影響的經(jīng)驗(yàn)性結(jié)論;而在阻塞物存在下隧道火災(zāi)方面僅做了阻塞物尺寸、火源阻塞物距離及阻塞物陣列等變化對(duì)煙氣、臨界風(fēng)速影響方面的研究;在實(shí)際的火災(zāi)中,隧道頂棚射流火焰的研究同樣重要,因此本文以此為切入點(diǎn)研究了阻塞物相對(duì)位置、縱向風(fēng)速及阻塞比對(duì)頂棚射流火焰特性的影響。本文根據(jù)相似性準(zhǔn)則搭建了1:10小尺寸實(shí)驗(yàn)臺(tái),研究了阻塞物對(duì)火焰燃燒的影響。在阻塞物對(duì)火焰燃燒影響方面,對(duì)火焰形態(tài)及質(zhì)量損失速率進(jìn)行了分析,結(jié)果表明阻塞物對(duì)頂棚射流火焰的影響存在一個(gè)臨界距離且這個(gè)臨界距離的大小與縱向風(fēng)速成正比;臨界距離內(nèi)阻塞物縱向距離的增加會(huì)使得燃料損失速率減小;燃料損失速率在縱向距離為0m時(shí)到達(dá)... 

【文章來(lái)源】：鄭州大學(xué)河南省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：74 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

典型隧道及隧道火災(zāi)圖

則會(huì)產(chǎn)生煙氣撞擊頂棚形成羽流撞頂棚射流煙氣沿頂棚蔓延的現(xiàn)象，兩種頂棚射流蔓延現(xiàn)象如圖分別如圖2.1(a)、2.1(b)所示。（a）頂棚射流火焰 （b）頂棚射流煙氣圖 2.1 頂棚射流形態(tài)對(duì)于頂棚射流煙氣，Alpert[51]通過(guò)對(duì)羽流進(jìn)行理想化假設(shè)如頂棚為光滑平面、環(huán)境溫度、大氣壓力恒定及火災(zāi)穩(wěn)定燃燒等，給出了頂棚射流煙氣的溫度分段預(yù)測(cè)模型：當(dāng)r/H≤0.18時(shí)，2/30 5/316.9QT TH （2.18）當(dāng)r/H>0.18時(shí)，2/30 5/35.38QT TH （2.19）豎直羽流撞擊頂棚后受到頂棚限制轉(zhuǎn)變成水平蔓延的射流火焰，受空氣卷吸減小的影響，火焰長(zhǎng)度在撞擊頂棚后由明顯增加。Heskestad 和 Hamada[52]通過(guò)一些列實(shí)驗(yàn)研究了較大功率下的頂棚溫度分布并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出了預(yù)測(cè)模型但其實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢H在頂棚有效高度與火源高度比值小于 2 的條件下適用。Kurioka et al[58]通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)研究了縱向風(fēng)作用下正方形火源附近區(qū)域的火災(zāi)特性，并分別給出了火焰傾角θ1，θ2的經(jīng)驗(yàn)公式（其中θ1為火羽流主體上升階段軌跡線切線與豎直方向夾角而θ2為火焰面距火源最遠(yuǎn)點(diǎn)與火源中心點(diǎn)連線偏離豎直方向的角度）；式中的η取決于ΔTmax.當(dāng)ΔTmax<250K

θ2示意圖2.2 數(shù)值模擬基礎(chǔ)本文數(shù)值模擬軟件使用的是 NIST 和 VTT 合作研發(fā)的模擬軟件 FDS（FireDynamics Simulator）。該軟件以低馬赫數(shù)湍流流動(dòng)的納維-斯托克斯方程為基礎(chǔ)，一般用于模擬計(jì)算火災(zāi)中溫度、火焰等傳播過(guò)程。FDS 結(jié)合 Smokeview（可視化界面，用于顯示 FDS 模擬結(jié)果）的這些優(yōu)點(diǎn)使得其被廣泛應(yīng)用于火災(zāi)模擬。在 FDS 中通常采用直接數(shù)值模擬（DNS）和大渦數(shù)值模擬（LES）兩種方法來(lái)解決湍流問(wèn)題。前者一般需要極大數(shù)目的網(wǎng)格，對(duì)計(jì)算機(jī)的配置要求較高[53]，但模擬結(jié)果精確；相較于前者，大渦模擬在確保需要的計(jì)算精度下能節(jié)省大量計(jì)算資源及工作量，因此本文采用大渦模擬的方法來(lái)進(jìn)行模擬。數(shù)值模擬中設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論模型如流體動(dòng)力學(xué)控制方程、紊流流動(dòng)模型、燃燒模型和數(shù)值傳熱模型在前人的研究如端木維可[54]等都有詳細(xì)的介紹，本文將不再一一介紹。網(wǎng)格尺寸的選取直接決定了 FDS 模擬結(jié)果的精度，因此網(wǎng)格尺寸的選取在FDS 模擬中非常重要。本文的網(wǎng)格尺寸由公式（2.6）計(jì)算得出，式中 D*為火源當(dāng)量直徑:* 2 /51/2( )pQD c T g （2.24）Mcgrattan[53]等提出在大渦模擬時(shí) D*/dx 應(yīng)處于 4~16 之間

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[5]車(chē)輛阻塞效應(yīng)下隧道火災(zāi)煙氣溫度及煙氣逆流長(zhǎng)度變化規(guī)律研究[J]. 范夢(mèng)琳,李元洲.  火災(zāi)科學(xué). 2017(01)
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博士論文
[1]地鐵站火災(zāi)煙氣流動(dòng)特性及控制方法研究[D]. 鐘委.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2007
[2]隧道火災(zāi)煙氣蔓延的熱物理特性研究[D]. 胡隆華.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2006

碩士論文
[1]細(xì)水霧幕抑制狹長(zhǎng)空間頂棚射流火焰研究[D]. 端木維可.鄭州大學(xué) 2017
[2]阻塞效應(yīng)下隧道火災(zāi)煙氣蔓延及溫度分布特性研究[D]. 趙國(guó)勝.西安建筑科技大學(xué) 2017
[3]縱向風(fēng)下隧道火災(zāi)近火源區(qū)頂棚射流特性研究[D]. 胡嘉偉.安徽理工大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3563023