火羽流得临界速度及范围(翻译)

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1、通风隧道内火羽流的临界流速和范围摘要：为了保证隧道内的乘客、人员和设备的安全，了解和预测火羽流的运动是非常重要的。为了估算顶棚下方火羽流的范围，我们建立了一个模型，该模型仅取决于两个重要参数：火源的能量释放率和通风气流的速度。关于羽流逆风范围的理论结果，与从8次隧道火灾测试中获得的实验数据特别吻合。用于阻止烟气逆风运动的临界通风速度的理论值也与相应的实验结果基本吻合。本文分析了空气流的卷吸作用、顶棚的摩擦以及相关的热损失的影响，并对结果进行了讨论。关键词：火羽流隧道火灾危险范围临界通风速度安全性评估1、引

2、言：目前，安全性评估是铁路和公路隧道设计和运行的一个重要组成那个部分。通过对可能发生的事故进行详细分析，可安装有效的安全设备，同时，为了避免事故的发生，我们可以采取充分的防御措施。目前，安全评估主要用于预防隧道火灾。隧道火灾一般在罐装卡车或罐装汽车内的易燃液体燃料偶然溢出时发生。其他的火源可以是燃烧的车辆或货物。本文提出并讨论了一个计算方法，这一方法可用以计算烟气的上升、偏移和传播的距离以及烟气与新鲜空气逆流的相互作用。用于阻止烟气逆风运动的临界通风速度，或称之为逆流速度，也可通过此方法进行估算。临界速度

3、是安全性研究的主要方向，它在很大程度上是由通风动力决定的。通过模型确定的临界速度与在测试隧道的火灾实验获得的实验数据基本一致。影响烟气运动的一个主要参数是能量释放率。火羽流，会因顶棚的阻挡而向外发生偏移，其流动速度往往与浮力层中的重力波的相对速度高度相关。当相应的Froude数（定义为惯性力与重力的比值）大于1时，流动状态则为超临界。在通道或隧道内的一维流动过程中，可观测到过渡或水跃现象，其中隐含着能量损失。我们必须对可以得到简单分析解的Delichatsio处理方法和目前采用的数值处理方法加以区分。在计

4、算临界状态时，Delichatsio（1981）认为，过渡现象发生在距离顶棚影响点较近的地方。在他建立的模型中，到达过渡位置处的卷吸空气量可以计算出来，但是发生过渡的精确位置无法确定。与Delichatsio方法相反，在目前的模型中，由超临界状态到亚临界状态（Froude数小于1）的过渡不能提前设定。其他可能的重力或浮力驱动气体运动的情形，与被控隧道环境中密度较大气体的偶然泄漏有关。当泄漏气体分子重量大于空气的重量或当泄漏气体的温度低于周围环境的温度，即为低温气体时，这些气体的运动方式就与密度较大气体相似

5、。密度较大的气体沿着地面传播，在被控环境中，被置换的空气将向相反的方向流动。不同密度气体之间的相互入侵现象已被Grobelbauer（1993）通过在封闭的水平通道做实验研究过。他们确立了位于下面密度较大气体的锋速（Froude数的函数）与位于上面较轻气体的锋速的相关性。最近，在一倾斜通道内获得的实验结果，可以被用来证实包括斜坡效应在内的相互入侵现象的物理模型适用于非水平隧道或风井。在研究隧道顶棚下方热气体的流动时，密度较大气体沿着通道内地面流动的模型和结果也很有用。2、物理模型2.1从火源到羽流前端的气

6、流变化隧道内的火羽流如图1所示。火源可被理想化为一点源F。假设火羽流是对称的，且热量释放率为一定值。关于这一物理现象讨论的相关参考资料可在Fannelop（1994）中找到。图1隧道火灾示意图火羽流的整个流动过程可以细分为五个区域：区域（I）:从（F）到（c）——图1——上升羽流区域（II）：从（c）到（e）——图1——顶棚附近的回流区域区域（III）：从（e）到（i）——图1——顶棚附近的放射状流动区域（IV）:从（i）到（0）的过渡——图1——由放射状流动向一维流动的过渡区域（V）：x≥ri——图1—

7、—顶棚下方与隧道轴向平行的一维流动由于相关知识均可在参考书中找到，区域（I）和区域（II）的具体变化过程在此不再重复。区域（I）：这一区域为从上升羽流至顶棚的影响起重要作用的那一点的范围，即从点（F）到（c）。Alpert提出了一运算法则，来计算垂直速度wmax和羽流轴向的密度ρmax。一旦烟气的能量释放率Q和大气环境状态ρa和Ta确定，其决定因素就是该点到火源的距离。但是，Bossinesq近似法的使用限制其有效性范围只能为适度温差。因此，目前的分析基于速度wmax和∆Tmax=Tmax-Ta的经验关联

8、式，这一关联式来自于Alpert的实验测试（1972），后来又被Heskestad和Delichatsio作了某些改进（1978），改进后的关联式适用于不同温度。特别地，在顶棚羽流回流之前的位置(c)处wmax=0.96（QH）13(1)和∆Tmax=Tmax-Ta=16.9Q23H53(2)式中：Q——烟气的能量释放率，KW；wmax——最大的垂直速度，m/s；H——顶棚高度，m；T——温度，K；这些关联式是根据测试时收集的