顶部竖井城市隧道火灾模型实验与数值模拟研究

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1、中图分类号：X932单位代码：10425学号：S12040634顶部竖井城市隧道火灾模型实验与数值模拟研究StudyonSmall-scaleExperimentandNumericalSimulationforFiresinUrbanTunnelwithVerticalShafts学科专业：安全科学与工程研究方向：油气安全工程作者姓名：刘洋指导教师：王彦富副教授陈国明教授二〇一五年六月StudyonSmall-scaleExperimentandNumericalSimula-tionforFiresinUr

2、banTunnelwithVerticalShaftsAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiuYangSupervisor：AssociateProfessorWangYan-fuProfessorChenGuo-mingCollegeofMechanical&ElectronicEngineeringChinaUniversityofPetroleum(EastChina)关于学位论文的独创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行

3、研究工作所取得的成果,论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知,除文中己经加以标注和致谢外,本论文不包含其他人己经发表或撰写的研究成果,也不包含本人或他人为获得中国石油大学(华东)或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。∷∷若有不实之处,本人愿崽承担相关法律责任。学位论文作者签名:___j纠L」~ェ一⊥日期:2°Jr年‘月∫目牟学位论文使用授权书^本人完全同意中国石油大学(华东)有权使用本学位论文(包括但不限于其印刷版′,`。和电子版)

4、,使用方式包括但不限于:保留学位论文,按规定向国家有关部门(机构)送交、赠送和交换学位论文,允许学位论文被查阅、借阅和复印,将学位论文的全部或部分内∷容编入有关数据库进行检索,采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名:日期:lO〖年彡月′日指导教师签名:日期:冫lr年亻月`日摘要当前我国地面交通体系较为发达，但仍无法满足城市的发展要求，交通拥堵现象和交通事故的屡屡发生制约着经济的健康发展。新型顶部竖井城市隧道具有节能环保的优点，但能否满足隧道火灾时的防排烟要

5、求，需要通过实验来验证。本课题开展顶部竖井城市隧道火灾研究，为顶部竖井城市隧道的开口设计和火灾后果预测提供理论支撑。自然通风技术在隧道工程中的应用日益增多，但与机械通风相比，对其防排烟有效性的研究较少。以弗诺德准则数作为隧道火灾模型实验设计的依据，通过理论分析，得到模型率应大于1：15。综合考虑实验条件、可操作性等因素，并通过多次实验和论证，最终确定隧道火灾模型实验设计的相似比为1：10。并搭建了顶部竖井城市隧道模型实验平台。在前人研究的基础上，对火灾烟气运动的发展过程、烟气逆流、烟气层吸穿等现象进行了理论分析

6、，对适合于预测全封闭隧道的顶棚附近最高温升和烟气逆流距离的理论模型进行了修正，使之适用于顶部竖井城市隧道火灾情况。确定一辆汽车发生火灾的事故场景，测量得到对应实际的火源功率为3.16MW，从竖井高度、竖井组间距、竖井数量、相邻竖井间距、竖井宽度等方面研究了竖井设计参数对竖井自然排烟的影响，得到了竖井尺寸参数变化时烟气的运动规律，给出了竖井尺寸设计值的参考范围。运用FDS火灾模拟软件，构建了顶部竖井全尺寸隧道火灾模型，通过与模型实验结果进行对比分析，验证了数值模型的有效性，同时根据竖井的纯烟气排放量，对顶部竖井城

7、市隧道的自然排烟效果进一步分析，发现烟气层吸穿现象是导致竖井自然排烟效率降低的重要影响因素，同时也得到随着竖井高度的增加，纯烟气的排放流量逐渐增加；随着组间距的增大，纯烟气的排放流量先降低后升高；随着竖井宽度的增加，单位面积纯烟气的排放流量呈下降趋势的结论。基于正交实验，对降低顶棚附近最高烟气温升、减小烟气扩散速率、降低烟气沉降速率的竖井组合方案进行分析，得到影响这三方面因子的重要程度，最终确定了顶部竖井优化组合方案。同时根据实验结果和数值模拟结果对顶部竖井城市隧道顶棚附近最高烟气温度和烟气逆流距离理论模型进行

8、了验证。关键词：顶部竖井隧道，自然通风，火灾烟气，无量纲，温度iStudyonSmall-scaleExperimentandNumericalSimulationforFiresinUrbanTunnelwithVerticalShaftsLiuYang（SafetyScienceandEngineering）DirectedbyAssociateProf.WangYanfuandP