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时间:2017-12-07
《铁路隧道火灾温度分布与烟气蔓延的模型试验与数值模拟分析》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、Proceedingsof2010(Shenyang)InternationalColloquiumonSafetySc&nceandTechnolog)’铁路隧道火灾温度分布和烟气蔓延的模型试验与数值模拟分析赵红莉1,徐志胜1,姜学鹏1,肖明清2(1.中南大学防灾科学与安全技术研究所,湖南长沙410075;2.中铁第四勘察设计院集团有限公司.湖北武汉430063)摘要:为了认识铁路隧道火灾烟气的流动规律,达到为消防设计提供相关资料并采取合理消防措施的目的,以我国第一条长大铁路水下盾构隧道为背景,采用缩尺寸模型试验与计算流体力学数值模拟相结合的方法对隧道火灾烟气的蔓延规律进
2、行研究,研究过程中两者均考虑了整列列车的存在。获得了不同通风风速下拱顶下方烟气温度纵向分布规律、拱顶下方烟气最高温度分布规律、高温气体蔓延范围以及临界风速等。并将别得的试验数据与数值模拟结果进行了对比.两者吻合程度较好。研究成果对于指导工程防灾设计和隧道火灾通风设计具有一定的指导意义.所得试验数据可以用来验证数值模型的可靠性。关键词:铁路隧道火灾;缩尺寸模型试验;数值模拟;通风风速1引言长大隧道的火灾,尽管发生的频率很小,但其造成的影响及损害程度是巨大的。比如1977年上海打浦路越江隧道火灾,造成5人死亡,23人受伤;1999年法国和意大利间的勃郎峰(MontBlanc)公
3、路隧道火灾,大火烧了53小时,造成41人死亡,43辆车烧毁,交通中断一年半以上;1999年奥地利中部穿越阿尔卑斯山的托恩(Tauem)公路隧道发生火灾,导致13人死亡,50人受伤;2001年月瑞士圣哥达(St.Gotthard)隧道起火,造成20人死亡,128人失踪,出事地段顶部塌陷,这条最重要的南北通道被迫无限期关闭1”。为了更好的了解隧道火灾,近年来开展了许多试验【硐对隧道火灾特性、烟气流动规律和火灾控制方案等进行了深入的研究。1993年,Bettis等人mI进行了全尺寸矿山隧道火灾试验。发现当热释放速率较低时,临界风速与其l/3次方成正比,当火灾热释放速率增大到一定程
4、度,临界风速与其近似无关。Oka和Atkinson[9]采用1/10缩尺寸的模型,用丙烷燃烧器作为火源,研究水平隧道里的烟气运动状况。随后,Atkinson和Wut-ol又在这一模型隧道内进行了坡度对烟气运动影响的试验,提出了坡度修正系数。国内。中南大学铁道学院的徐志胜教授等⋯】利用风洞提供的流场模拟列车在隧道中运行的速度场,制作了1:5的旅客列车卧铺车厢,在车厢模型中加入等比例的火灾载荷,对运行旅客列车在隧道内发生火灾进行了缩尺模拟实验,研究了不同情况下旅客列车火灾特征及火灾中烟气蔓延规律。中国科学技术大学的胡隆华f12I在一条88m的通道内开展了全尺寸火灾试验,对顶棚下
5、方的烟气温度和流速的衰减规律进行了研究。另外,采用计算机对隧道内火灾发生发展和烟气流动进行数值模拟计算lU3-坞】提供了隧道火灾的另一种研究方法.但是所有数值模拟结果的有效性需要进一步去验证。本文结合我国第一条铁路水下盾构隧道狮子洋隧道的实际情况,通过l:9的火灾模型试验和计算机数值模拟,研究了火灾时隧道内纵向温度场、拱顶最高温度分布规律、烟气蔓延规律以及临界风速等,由于铁路隧道中列车车体体积大,长度长,对烟气蔓延存在一定的影响,为了得到接近于实际情况的温度分布和临界风速,模型试验和数值模拟研究过程中均考虑了整列列车的存在。2火灾模型试验系统2。l试验装置根据狮子洋隧道形状
6、和模型制作的可行性,模型隧道采用钢板拼装而成,模型隧道由多个分节组合拼装而成,每个分节长2.5m,共21节,截面内径1.1m,长52.5m,地面到拱顶的高度为96cm。火源两侧各放置两节模型列车,每节长2.5m,宽0.37m,高0.45m,为观察隧道内烟流的流动状态,在管壁上安装了采用耐高温钢化玻璃制作而成的观察窗,如图1、图2。一85卜一2010(沈阳)国际*奎科学与技术学术研计会诗王集目5幔■镕md^如&“崽削23数据采集系统d6∞度*集系统温度采集系统通过RS一232总线以及EWRF一302系列2UT型射频芯片来实现与智能传感器、上位Pc机的无线通信.采集控制器定时与
7、智能传感器通信以获得寅时温度,上位机与采集控制器进行定时或随时通信可眦得到各个传感#{的最新采样仳。2,4试验测试系列为了研究火灾叫铁路隧道的温度场,炯气蔓延规律以及幅界风速等。模型试验采用以下测试工况,如表1。在确定临界风速的测试中.再涮节风机的风速。Proceedingsof2010(Shenyang)InternationalCoUoquiumOFt.s毋tyScienceandTechnology表1试验测试工况3FDS数值模拟FDS程序是由美国标准与技术研究(NIST)开发的,通过数值求解Navier—S
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