公路隧道火灾CO浓度的数值模拟.pdf

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1、综述公路隧道火灾CO浓度的数值模拟NumericalsimulationofCOconcentrationinhighwaytunnelfire陈丹丹孙三祥（兰州交通大学，甘肃兰州730070）摘要：国内针对公路隧道发生火灾时CO浓度变化规律的研究还很少。文章以厦门莲花隧道为对象，用FLUENT软件对不同风速下的火灾烟气流动状况进行了三维数值模拟，并分析了隧道不同高度不同横断面的CO浓度分布，得出了结论。关键词：公路隧道；火灾；数值模拟；CO浓度Abstract：ResearchindomesticlawofCOconcentrationchangesinhighwaytunne

2、lfireisverylittle.TakingXiamenlotustunnelasanexample,the3DnumericalsimulationofthefiresmokeflowindifferentwindspeedbyusingFLUENTsoftware,andthetunneldifferentaltitudeandcross-sectionalCOconcentrationdistributionwereanalyzed,theconclusion.Keywords:highwaytunnel；fire；numericalsimulation；COconce

3、ntration中图分类号：TP339U495.2文献标识码：B文章编号：1003-8965(2013)02-0069-03[13]本文以厦门莲花隧道为对象，利用CFD软计值20MW，火源设在距离隧道入口100m处件FLUENT，对隧道发生火灾时的临界风速，隧的正中轴线上，体积为2m×1.5m×1.5m，如图道中线纵断面上不同高度处的CO浓度分布和隧2所示。道横截面上的CO浓度分布进行了三维数值模拟,研究分析了火灾时烟气浓度的变化规律。1模型建立与边界条件1.1隧道模型参数莲花隧道为山岭重丘区高速公路隧道，隧道长度4545m，双洞单向车行，隧道横截面半径为图2模型纵断面5.53m

4、，如图1所示。因为横通道在火灾初期是关闭的，因此可以不计横通道的影响。本次模拟1.3网格的划分取计算域长度500m进行计算,模型采用直角坐由于火源处及火源附近的紊流程度比较大，标系，坐标原点位于隧道入口处底线的中点，沿因此对火源前后20m处采用较精细的网格，用隧道长度Z方向向下延伸500m,末端处取为隧道0.4m的尺寸进行划分，其余采用0.6m的尺寸划出口。模型示意图如图2所示。分。整个隧道均为非结构性网格,共有397471个结点，如图3所示。图1隧道横截面1.2火源的设定对火源的设定采用体积热源法，即不考虑火灾燃烧的具体过程和产生的具体化学反应，把火图3横截面网格源设定为一个具

5、有固定体积的热源。火灾热释放率采用《公路隧道通风照明设计规范》规定的估1.4边界条件的设置69综述隧道入口处采用速度进口边界条件，为不同2.6m/s,机械通风速度应大于或等于2.6m/s。的通风速度，温度为20℃，CO质量分数为0。2)对不同风速下隧道中线纵断面上一定高度隧道出口处采用压力出口边界条件，相对压处CO浓度分布的研究力为0。当入口通风风速为2m/s时，火源点上游壁面处采用壁面无滑移边界条件，均为绝热，的烟气约有25m距离的回流。距离火源点之后粗糙度为0.02，三个方向的速度分量均为0。150m范围内，离隧道底部1.5m、3m高度处的CO浓度均有一定程度的上下波动，4.

6、5m处的浓2模拟计算结果及分析度较为稳定，基本保持在1.3%。火源之后150m至隧道出口范围内，不同高度处的烟气浓度值均2.1模拟工况无较大波动，且数值基本相等，约为0.75%。由本次模拟为三维稳态模拟，采用以下六种于烟气的浮力作用，距离隧道底部距离越大，CO工况：通风速度分别为1m/s、2m/s、2.4m/s、浓度越高。且在火源之后20m范围内，CO浓度2.5m/s、2.6m/s、3m/s。下降，之后20m至50m范围内又出现回升。2.2结果及分析3)对隧道横截面上CO浓度分布的研究1)对火灾临界风速的研究图5给出了入口通风风速为2m/s、2.6m/当隧道发生火灾时，让火势控制

7、在火源一侧，s、3m/s时距离火源下游10m、50m、100m、使之不蔓延至火源上风方向，所需要的最小风速200m、350m横截面上，离隧道底部1.5m处的称为临界风速。当机械通风速度小于临界风速时，CO浓度分布图。火势得不到有效控制，会蔓延至火源的上风方向，由图5(a)可得：①火源下游10m处，在不同给人员逃离和消防队员的救援工作带来很大困难。通风风速下，均呈现出中线附近的CO浓度小于因此，必须确定一个合理的临界风速，以使人员边墙附近的浓度。②中线处的CO浓度数值在三伤亡和财产