公路隧道火灾非稳态规律的模拟研究-论文.pdf

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1、公路隧道火灾非稳态规律的模拟研究石明杨，任刚，崔兴华，王松，杨洪海(1．东华大学环境科学与工程学院，上海201620；2．南方风机股份有限公司，广东佛山528225)【摘要】简述了公路隧道火灾的危害以及研究方法，介绍了火灾模型、流动模型，利用FLUENT模拟火灾前期非稳态变化，并分析隧道中速度场和温度场(纵断面、横断面及测点)的变化规律。【关键词】公路隧道；火灾；非稳态模拟；温度场【中图分类号】TU998．12【文献标志码】A随着国民经济的快速增长，公路交通事业取得飞速的发占总质量的95％，后者占5％，兵中C0占5％中的1／20。展，公路隧道里程不断增加。然而随着隧道长

2、度和通行车辆1．2流动模型的增加，火灾事故发生的频率也随着增加。作为交通道路上(1)连续性方程：的关键线路和控制性节点，隧道内频繁发生的火灾造成了巨POp_+：0f2)大的社会影响和经济损失。如1999年，法一意勃朗峰隧道dOxJ(11．6km)因卡车漏油引擎着火，隧道内燃烧超48h，死41(2)运动方程：人，烧毁36台车，事故发生后，隧道不得不封闭，中断交通达+=3年之久，经济损失极为惨重。我国公路近期统计的火灾Ota；毒Ox；LaJ】+Suj㈩事故率为0．104次／(100万车·km)，几率是铁路的20～25(3)能量方程：倍。大量的火灾表明，火灾产生的高温浓烟不但

3、危害人们Ot+O=的生命安全，还对火灾救援产生不利影响，因此展开对隧道x；毒Oxi【L言c，嚣Ox：】J㈩、火灾的研究就十分重要。(4)组分方程：国外很早展开全尺寸隧道火灾实验研究，但其周期长、+=费用高，且不适用于新建或将建的隧道；缩小尺寸的模型试at；毒axif1。警azJ(5)验由于其局限性，数据并不可靠(难以满足相似准则)-41。(5)扼流效应烟流阻力：而计算机数值模拟周期短、成本低、信息全。数值模拟时，很1。[：(一)+gD(一z)c0s】多人采用了稳态火源，但其只代表最严重的情况，显然不符合实际。本文将对非稳态工况下火灾发展前期的规律进行(6)研究。式中：m

4、m分别为火灾断面温度和环境温度比；D为1模型的建立隧道断面水力直径；为隧道坡度。(6)浮生效应烟流阻力：火灾现象可分为两个互相影响的过程，火源本身和烟气b(D—Po)gLsinotpogLsina(mk一1)(7)流动，其数学模型为：火源模型和流动模型。(7)烟流摩擦阻力：1．1火源模型火灾发生是一个三维非定长且伴随着传热传质、多相流^：AL1(8)p。。动以及化学反应相互作用的非常复杂物理化学过程。考虑(8)临界速度：直接模拟十分困难，故火灾初期模拟时进行简化：火源采用指数火源，排烟量和火源形状不变。[】丁笔者选用VHS(体热源)燃烧模型，不考虑具体的燃烧Q过程，简化

5、计算过程和计算量。考虑到研究火灾初期，采用r‘+(9)p0c。A火源[参考(Ingason，2006)和其他学者的建议值]：。式中：为临界风速；日为隧道高度；Q为火灾时热释放Q=(t≤10rain)L，1、，(f>10rain)式中：Q为热释放率(MW)；为系数0．05(Mw／min)。[定稿日期]2013～12—24由法国的Heselden等人通过大量的理论和试验研究绘[作者简介]石明杨(1988一)，男，硕士研究生，研究方制的发烟量和热释放率关系可知，5MW时的发烟量为向：空气净化、安全工程；杨洪海(1968一)，女，博士，副教授，18kg／s。模拟时设定烟气主要成

6、分为空气(CO、CO)，前者研究方向：静电除尘、脉动热管等。四川建筑第34卷4期2014．08251·市政工程·受到的浮外力作川逐渐变姒，离温烟气逐渐m下游及拱顶处tempcraUlre■豳潮一200sK30230631f)314318322扩散，进刮达拱顶之后，删层厚度逐渐变薄，随后义逐渐变，这就址所州的“鱼跃现象”“鱼跃”趴火灾距离火源较远，日．F游的烟雾温度较低、T=300slJ寸，火源J生的煳气温度逐渐升高．此时，在浮51作川增强．高温烟卜扩散，向下游扩敞很短的硝离，便到达拱顶，此时，川样“值跃现象”产生。“鱼跃”斗火灾距离火源非常近，炯C分层现象明屁，炯层出现

7、少}，}：的波浪彤7’=400sIllf，火源产生的娴气温度继续升高，开女台有“流”趋势，火源F游的离温气分层增多，而IL，“鱼跃区”后拱顶处的温度著升高。T=500sIJ寸，娴气}Ij现“叫流”现象，但此时流长度短，【li1流层厚度较薄。7’=600s时，烟气流长度逐渐变大，烟层逐渐变厚。T=700s时，火灾基本趋于稳定，此时高温烟层波浪线波浪增多，儿分层IJj显，流也趋于稳定，【ul流长度为15nl。3．2．2横断面温度分布从横断Jfli的温度(图6)来看，]t-始火灾刚刚蔓延到拱顶，200s时I叮知在拱顶下办两侧有鹏个对称的高温核心