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1、公路隧道火灾烟气控制策略模拟研究哈尔滨工业大学高立新沈阳华维工程有限公司王远锋哈尔滨工业大学陆亚俊摘要：以往的火灾试验和数值模拟研究大多是在肖:线形隧道中进行的，为此本文以一具有圆弧形转弯的公路隧道为研究对象，在全尺寸试验的基础上，针对不同的火灾应急通风方案和火源位置，对于火源功率为30MW的火灾烟气控制策略进行了模拟研究。结果表明：不同应急通风方案的烟气控制性能有很大差异，纵向风速对隧道内烟气扩散具有显著的影响。火源位于隧道直线区域时，纵向风速增大，烟气回流现象显著减轻，但烟气前锋的运动亦同时加快；火源位于隧道圆弧形区域时，火区附近纵向风速非常小，严重阻碍了烟气
2、沿隧道纵向的运动，现有的应急通风方案均不能有效控制烟气回流，应辅以其它通风措施以改善烟气控制效果。关健词：公路隧道；火灾；烟气控制；模拟0引言公路隧道是重要的交通运输设施，能够满足人们快速、方便的出行要求。但是由于隧道内部狭窄，一旦发生火灾，车辆及车上人员疏散困难,很容易造成严重的生命和财产损失。1999年3刀连接法国和意大利的勃郎峰隧道发生火灾，导致41人死亡,43辆乍辆被毁;同年5月奥地利的陶恩隧道火灾死13人，毁车34辆，隧道关闭12个刀；2001年瑞士圣哥达隧道因货车相撞而引发火灾，造成11人死亡，23辆汽车损坏。近年来，我国也发生了多起隧道火灾事故⑴。对
3、见，隧道火灾虽然是小概率事件，但其危害后果却不容忽视。针对以往的研究大多是在直线型隧道小进行的这一特点2叫本文结合全尺寸试验研究，利用火灾动力学分析软件FDS⑸对具冇闘弧形转弯隧道的火灾应急通风系统的性能进行了模拟研究。1数值模拟模型介绍1.1模拟隧道状况本文所模拟的隧道建于1974年，位于加拿人蒙特利尔市，沿东西向穿过市区中心地帯，全长2.16公里，车辆由东向西驶过隧道，隧道高度为5.0mo本次模拟研究针对该隧道中长为85()m的一段进行，该段从A洞的东侧入口延伸到B洞的南侧出口。如图1所示，该段隧道由两个主洞组成，儿何形状较复杂，其中包括圆弧形转弯，沿隧道长度
4、方向授宽处冇5条车道(22.0m),而最窄处仅冇2条车道(5.0m)。图1隧道示意图该隧道的机械通风系统为半横向式系统，包括一系列可以反向运转的风机，其小风机WF2、WF3、WF7、WF8和WF9均只与一个位于隧道侧壁的大风口相连，WF1、WF4、WF5和WF6分别与多个位于隧道侧壁的风口相连,CF1、CF2、CF3、CF4和CF5分别与位于隧道顶棚的多个风口相连。1.2火源及通风设置一共设置了两个火源位置，第一个火源位于距A洞东侧入口350m的直线区域，对应1—4#通风方案，第二个火源位于距A洞东侧入口580m的圆弧形区域，对应5-7#通风方案，见表1,模拟时间
5、取为900so表1数值模拟通风方案通风方案启动的风机风机运行模式1#CF1,CF2送风WF1,WF2,WF3排风2#CFLCF2,WF1,WF2,WF3排风3#CF1,CF2,CF3,CF4,CF5送风WF1,WF2,WF3排风4#WF1,WF2,WF3排风CF3,CF4,CF5送风5#WF4送风WF5.WF6,WF7,WF8,WF9排风6#WF4,WF5,WF6,WF7,WF8,WF9排风7#WF2,WF3,WF4,WF5,WF6,WF7.WF8,WF9,WF10排风CF3,CF4,CF5送风1.3边界条件数值模拟是在假定隧道内没有车流的情况F进行的。由于FDS
6、只能以平行六而体来处理所模拟的物理区域，因此采用将平行六面体叠加的方法对圆弧形侧壁进行了模拟，并利用FDS的参数处理方法使得由此产牛的的锯齿效果最小化，以防止在尖角处产生涡旋。火源设置为固定热释放速率火源。全尺寸试验测得隧道出入口的主导风速均接近于0,故所有出入口边界条件均设为开式孔口。环境温度设置为20°C。隧道壁面设置为热厚性边界。2数值模拟结果分析2.1烟气在隧道内的传播图2给出了火源位于隧道直线区域时3#通风方案下烟气的扩散情况。在火灾发牛.36s后，烟气冋流长度为46m,在火灾发生567s后，烟气冋流长度达到最大值86m,此后直到模拟结束烟气回流长度不再
7、増加。在4#通风方案卜烟气回流情况与3#通风方案儿乎没有差别。1#和2#通风方案的最人烟气回流长度均为153m,但达到最人回流长度所需时间分别为684s和347s。显然，在抑制烟气回流方
8、Ai,3#和4#通风方案的性能最好，2#方案最差。与4#通风方案相比，3#通风方案多出了以送风方式运行的风机CF1和CF2,导致3#方案火源下游与车流方向相反的纵向风速小于4#通风方案，因而3#方案对烟气前锋的控制作用降低。在火灾发生9()()s后，3#方案下烟气前锋运动了395m,阳4#方案下烟气前锋运动了364mo可见，在控制火源下游烟气前锋运动方面，4#通风方案优于3#方案
9、。因此，综
