狭长地下空间火灾烟气运动物理模型及尺度准则研究

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1、？ａ料苓在桌＊爸ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａ博士学位论文戀论文题目狭长地下全问火史姻气运劫物理模型及尺度准则研走魏清作者姓名妾全技术及工程学科专业导參光垣教授！）帀姓名完成时二？年五间中？斜ｆ放术大ｆＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ博士学位论文狭长地下空间火灾烟气运动物理模型及尺度准则研究作者姓名：魏涛导师姓名：廖光煊教授学科专业：安全技

2、术及工程二—完成时间：〇年五月ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｏｆＣｈｉｎａｙｇｙＫｆｌＢ）％ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＰｈ．ＤＤｅｇｒｅｅＳｔｕｄｉｅｓｏｎＰｈｓｉｃａｌＭｏｄｅｌａｎｄＳｃａｌｅｙＣｒｉｔｅｒｉａｏｆＳｍｏｋｅＭｏｖｅｍｅｎｔｉｎＵｎｄｅｒｒｏｕｎｄＣｈａｎｎｅｌＦｉｒｅｓｇＢｙＴａｏＷｅｉＳｕｐｅｒｖｉｓｅｄｂｙＰｒｏｕａｎｘｕａｎｆ．ＬｉａｏＧｇａｔＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｏｆＦｉｒｅＳｃｉｅｎｃｅ

3、ｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａＨｅｆｅｉＡｎｈｕｉ２３００２６Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ，，Ｍａｙ，２０１１中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人己经发表或撰写过的研究成果一。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。＾作者签名：签字日期ｌ〇Ｕ＾／〇：中国科学技术大学学位论文授权使用声明一作为申请学位的条

4、件之，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。开□保密（年）＿＿作者签名：条导师签名：／签字日期：２ｏｌＬ／〇签字円期：ＣＡ中国科学技术大学博士学位论文摘要摘要地下空间的开发利用是城市发展到一定阶段的产物，而狭长地下

5、空间是其常一种建筑类型见的，包括地下交通隧道、地下通道等多种形式。统计表明，高温、有毒烟气是火灾事故中致死的主要原因，而狭长地下空间结构的特殊性，使得火灾烟气很难及时排出。因此，前人的研宄多关注纵向临界风速、排烟有效性等和烟气控制相关的方面。烟气在狭长地下空间的运动特征，包括近场和远场的温度分布一、速度分布的研究是个基础性的研宄课题，建立物理模型描述烟气运动在狭长地下空间的运动过程，有助于加深对各其影响因素的认识。弗洛德模型是火灾中常用的尺度模型，当应用于狭长地下空间的烟气运动时，应考虑各影响因素的相对重要性选择尺度准则。因

6、此，本论文主要围绕狭长地下空间中烟气运动的物理过程以及尺度模型，采用理论分析、模拟实验和数值模拟相结合的方法开展研宄。首先，本文在前人研宄的基础上，将烟气在狭长地下空间运动分为五个子区域。前两个区域采用前人己有模型，分别为羽流模型、顶棚撞击。第三、四区域对前人己有模型进行简化，分别用顶棚径向射流方程和水跃方程进行描述。重点建立了第五个区域的控制方程，首次提出了用绝热因子量化壁面升温对烟气纵向温度衰减结果的影响。通过ＲＫ方法给出了控制方程的数值解，并在此基础上提出了一种简化形式解。结果发现，温度、速度均按指数函数形式衰减，

7、温度哀减指数由三个子因子相乘得到，分别是绝热因子、Ｓｔ数和烟流相对厚度，＇速度的衰减因子约为温度衰减因子的１／２次方。当距离火源距离时，简化解和ＲＫ方法解结果接近。为了验证理论模型，本文搭建了０．５ｍｘ〇．５ｍｘ５．０ｍ的小尺寸模拟实验台。实验结果发现，在近火源场，顶棚撞击区的最高温度高于理论预测，而且顶棚径向射流中的质量卷吸会受到侧壁影响，低于Ｔｕｒｎｅｒ卷吸模型的预测值。，对于远火源场实验研宄发现，温度断面分布接近高斯型，温度分布峰值位于距顶棚约０．１Ｈ的位置，而温度分布的半宽约等于烟流厚度，由狭长空间的宽高比决定，

8、烟流厚度和理论预测值吻合很好温度和速度的纵向衰减和理论预测；吻