【摘要】：隧道的建設(shè)和發(fā)展極大的緩解了城市交通壓力,但是由于隧道是一個(gè)半封閉的狹長空間,一旦發(fā)生火災(zāi)事故,產(chǎn)生的大量有毒有害煙氣和熱量很難及時(shí)有效的排出去。機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng)的設(shè)置,有效降低了隧道火災(zāi)的危險(xiǎn)性。當(dāng)隧道內(nèi)車輛發(fā)生火災(zāi)時(shí),隨著隧道內(nèi)縱向風(fēng)速的改變,火源的燃燒特性和隧道內(nèi)煙氣層發(fā)生變化,如果不能合理的設(shè)置排煙設(shè)施,大量的有毒有害高溫?zé)煔夥e聚在隧道內(nèi),加劇了火災(zāi)的破壞性,也阻礙了后期的救援工作。因此研究縱向風(fēng)和豎井雙重作用下隧道內(nèi)火災(zāi)的燃燒特性具有重要的意義。本文根據(jù)相似性準(zhǔn)則搭建1:10小尺寸實(shí)驗(yàn)臺,對隧道火災(zāi)中火羽流特性和豎井的排煙特性進(jìn)行了研究。在火源燃燒特性方面,建立了無量綱火源功率和無量綱最高溫度的擬合方程,研究了火源功率、頂棚下方最高溫度和煙氣的縱向溫度分布等內(nèi)容。研究結(jié)果表明:在縱向風(fēng)條件下,當(dāng)有豎井存在時(shí)隧道火災(zāi)中火源的熱釋放速率與豎井的無量綱豎井高度的增長呈現(xiàn)線型的增長關(guān)系;火源的熱釋放速率與隧道內(nèi)縱向風(fēng)速的增加呈現(xiàn)指數(shù)型增長的趨勢;隨著無量綱縱向風(fēng)速的增加,隧道內(nèi)無量綱最高溫度也呈增加的趨勢,而且增長趨勢大致符合指數(shù)型增長,本文對火焰與縱向風(fēng)的關(guān)系式進(jìn)行了修正,得到了一個(gè)新的火焰傾斜角與縱向風(fēng)風(fēng)速之間的關(guān)系式。通過對不同縱向風(fēng)條件下豎井排煙特性的研究,研究表明縱向風(fēng)條件下豎井排煙過程受到多種因素的影響,隨著豎井高度的增加,排煙效果并不是一直增加的,豎井高度過高時(shí)會使得豎井底部發(fā)生吸穿效應(yīng),降低豎井的排煙效率,豎井高度會存在一個(gè)臨界值,當(dāng)豎井高度超過臨界值時(shí),排煙效果反而會降低。文中對發(fā)生吸穿現(xiàn)象時(shí)的臨界Froude數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證,得到了適合縱向風(fēng)和豎井雙重作用下的臨界Froude數(shù);本次實(shí)驗(yàn)得到的豎井最佳排煙效率時(shí)的無量綱高度為1;當(dāng)豎井高度保持不變時(shí),隨著隧道內(nèi)縱向風(fēng)速的增加,隧道下游煙氣層厚度會逐漸增加,有利于排煙過程,但是當(dāng)縱向風(fēng)速超越臨界值時(shí),煙氣的分層現(xiàn)象會被破壞,降低了煙氣的溫度,使得豎井的煙囪效應(yīng)隨之下降,根據(jù)本文的研究,當(dāng)無量綱縱向風(fēng)速為0.2時(shí),隧道可以達(dá)到最佳的排煙效果。
【圖文】：

圖 2.1 縱向風(fēng)作用下煙氣逆流示意流長度L取決于多種因素，主要與隧道內(nèi)的風(fēng)速μ（m· s-1），隧道的高度 H（m），隧m2·s-2·K）和隧道內(nèi)空氣密度ρa(bǔ)（kg·mL = f , , , , , , 式中一共有八個(gè)變量，其中涉及的基本量可以從選擇四個(gè)包含以上基本量綱的變量成無量綱數(shù)組。比如說選擇縱向風(fēng)速 u、 Ta當(dāng)做循環(huán)變量，分別與剩下的四個(gè)變量= = ( ) ( ) ( ) ( = 兩端均是無量綱的，因此由式（2.72）可+ 1 = 0a 3c + d + 2 = 0 3 = 0b = 0

（b）隧道豎井排煙系統(tǒng) （c）豎井實(shí)物圖圖 3.1 小尺寸實(shí)驗(yàn)臺實(shí)物圖通過對隧道火災(zāi)火焰發(fā)展特性和煙氣流動(dòng)特性進(jìn)行分析，，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室各種條件限制，我們設(shè)計(jì)了本次實(shí)驗(yàn)的小尺寸實(shí)驗(yàn)臺。實(shí)驗(yàn)臺分為兩個(gè)主體部分，分別是隧道主體和豎井。隧道的主體結(jié)構(gòu)是由 8 個(gè) 1 米長、1 米寬和 0.5 米高的方格組成，隧道主體的下端距離底面 0.8 米，方格之間由螺絲固定，隧道主體的上面、下面和靠近墻壁的一面皆采用 1 厘米厚的硅酸鋁防火板，隧道的另一面使用的是 0.8 厘米厚的防火玻璃，以便于觀察火焰和煙氣的流動(dòng)狀態(tài)。防火板之間的間隔用防火泥和防火棉密封；豎井位于距離隧道出口 1.75 米的位置，豎井的周圍，有三面是由防火板組成，另外一面為防火玻璃，豎井的高度由防火板和防火玻璃高度確定；數(shù)據(jù)由相應(yīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集，攝像機(jī)用來拍攝火災(zāi)發(fā)展過程中火焰的變化和煙氣流動(dòng)的變化趨勢。實(shí)驗(yàn)臺實(shí)物圖如圖 3.1 所示。3.2.2 實(shí)驗(yàn)臺內(nèi)測量儀器的布置
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U458

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2600551