不同火灾增长速率下的隧道火灾数值模拟

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1、第10卷第4期华北科技学院学报2013年10月不同火灾增长速率下的隧道火灾数值模拟①董志旺②(中铁十六局集团第_-32程有限公司，天津301800)摘要：隧道消防安全问题已引起人们广泛关注。由于隧道结构的特殊性和空间位置的局限性，开展隧道火灾烟气流动分布规律研究极为重要。本文采用CFD软件FDS，对某公路隧道在设定纵向通风风速情况下的慢、中、快、特快四种火灾增长类型，且规模均为20MW的火灾进行了数值模拟，分析了其纵、横断面火灾温度随时间变化规律及沿隧道纵向分布规律，研究了各个排烟口处的温度、可

2、见度、速度、氧气浓度随时间变化特点。关键词：公路隧道火灾；数值模拟；火灾增长类型；火灾的防治中图分类号：U457．5文献标识码：A文章编号：1672—7169(2013)04—0029—060引言采用以下表达式：Q=ott(1)随着公路隧道建设与运营的快速发展，隧道火其中，Q为火灾功率，kW；Ot为增长系数，灾发生的概率也在世界范围内开始增长，隧道消防kW／s，t为燃烧时间。安全已引起了人们的广泛关注。隧道火灾一般具有高温、烟气浓度大、能见度下降快，逃生疏散以及施救困难等特点，因此往往造成严重人

3、员伤亡、经济损失和财产破坏，并长时间中断交通。由于隧道结构的特殊性和空间位置的局限性，研究隧道火灾的烟气分布规律极为重要。本文采用CFD分析软件FDS，对某公路隧道在设定纵向通风风速情况下的慢、中、快、特快四种火灾增长类型且规模均为20MW的火灾进行了数值模拟，分析了其纵、横断面火灾温度随时间变化规律及沿隧道纵向分布规律，研究了各个排烟口处的温度、可见度、速度、氧气浓度随时间变化特点。依据相关模拟分析结果，图1公路隧道横截面示意图可以为实施人员疏散救援提供技术依据。根据美国NFPA规范和英国BS

4、D规范，设置公路1模拟分析方法隧道火灾场景如表1所示：本文的数值模拟采用直角坐标系，隧道直径表1公路隧道火灾场景设置为15m，模拟长度为500m，火源位于(60m，0)处火灾场景燃料类型火灾规模模拟时间位置，排烟口间距为60m，开口尺寸为4．0m×(MW)“(kW／s)(s)1．25m。共设置六个排烟口，分别位于X=一150A柴油200．oo29600B木材20O．01l73O0oITI，一90m，一30m，30m，90m，150ITI处。对于网C木材200．0469900格划分，靠近火源处采用

5、8=0．5ITI远离火源处D聚氨酯200．18761000采用8=1．0rfl。隧道火灾开始模拟时间设定为02模拟结果及分析S，45S后关闭正常风机，60S后排烟口打开，90S本文中，对火灾情况下公路隧道中的相关流体后打开功率为300m／s的排烟风机。设计火灾变量进行了数值模拟。在本节中，采用隧道火源纵①收稿13期：2013—07—29②作者简介：董志旺(1986一)男，天津人，大学毕业，助理工程师，中铁十六局集团第二工程有限公司成渝项目部安质部部长。29第4期董志旺：不同火灾增长速率下的隧道火

6、灾数值模拟一p一2量舞。岛巨温度已经很高，且隧道内充满了烟气。在四个火灾整个隧道。在低于隧道横截面高度3m的范围内，如加如∞如0场景中，当火灾达到最大值时，隧道内的上空都充温度达到60，超过了人的耐受极限。当隧道中满了高温烟气。由于隧道内受纵向通风影响，90S热烟气达到稳定时，火灾场景A，即燃料类型为柴时，隧道中火源下游处的温度较上游处更高一些。油时，高温烟气蔓延范围是最大的，温度在隧道横随着时间增长，火灾不断增大，火灾下游处的烟气断面上的分布范围也是最大的，在距隧道路面2131出现了紊流。同时

7、，火源下游高温范围很快蔓延到范围内，火灾温度已超过了人的耐受极限。-20002004006008001000time(s)ABtime(s)CD图6公路隧道各排烟口处温度分布变化示意图从上述温度分布变化示意图中不难发现，4个火灾场景下，各排烟口处的速度变化趋势较为个火灾场景下，各排烟口处的温度分布具有差异接近。场景A、C中，0s至200Vs内，排烟速度变性。30m、90m、一30m、150m、一90m、一150m这化剧烈，对应的场景B、D中，发生在0s至250S6个排烟口处的温度变化顺次变得平缓

8、，且30m、的时间范围内，这是因为90S时刻，打开了排烟风90m处排烟口附近温度增长速率很快，几近线性机的缘故。场景A、B、C中，一150m处排烟口最增长，当达到最大值之后，增长较为平缓，偶尔会大排烟速度可达到45m／s，这主要是由于该处排在最大值附近出现上下波动。30m、90m处的排烟口距离火源较远，且靠近隧道出口。而30m、烟口附近温度较其他排烟口处的温度要高很多。一90m、一30m处排烟口速度在20m／s～30m／s在火灾场景A、C中的温度最大值都超过了范围内变化，由于这三个排烟口位于火源