水下隧道水雾灭火－排烟－供风协同作用下火灾烟气特性研究

近年来，随着我国经济的快速发展，一大批投资巨大、超长、超大特点的大型跨江海水下隧道开始建设并陆续投入使用，水下隧道的消防安全引起了人们的广泛关注。为了降低火灾风险，提高抗灾能力，水下隧道开始使用水雾灭火－顶部集中排烟－两侧供风的复合式火灾防治体系，区别于广泛使用的隧道火灾早期以烟气定向抽排为主的火灾控制模式。本项申请将围绕水下隧道水雾灭火－集中排烟－两侧供风协同作用下的火灾烟气特性开展研究，探明水下隧道全淹没水雾场灭火（喷头压力、开启时间、范围）系统、顶部集中排烟（排烟口距水雾区距离、数量、大小）系统以及两侧供风系统及系统间协同作用对火灾烟气迁移特性的影响及相应动力学作用机理，分析水下隧道水雾灭火－排烟－供风三者耦合作用，确定其相关关系及适应条件，为水下隧道的火灾烟气防治及消防系统设计提供理论基础和技术支撑。

课题以水下隧道火灾防治为研究对象，开展了水雾灭火－集中排烟－供风协同作用下的火灾烟气特性研究，取得了以下研究成果：（1）搭建了长16.5m、宽1.3m、高1.05m的水下隧道水雾灭火-排烟-供风协同作用火灾实验平台，实验平台包括水雾灭火系统、隧道模型实验平台以及相应的排烟系统，可实现隧道火源区灭火、非火源区水雾-烟气作用、水雾灭火-顶部集中排烟-纵向供风协同作用的隧道火灾实验过程。（2）分析了大断面水下隧道不同风速条件下的火焰形态、烟气逆流、火灾温度场特性。研究了不同火源功率、不同水雾压力（流量）条件下的火灾温度场变化过程及火焰特性，分析了不同水雾粒径的灭火效果，推导出了隧道水雾作用下的火灾临界风速经验公式。研究表明，水雾灭-控火的临界压力（流量）受火源功率的影响，当水雾灭火条件不匹配，受火灾预燃时间的影响，水雾施加对火灾有强化作用。（3）开展了隧道火灾烟气纵向蔓延时，受水雾冷却和液滴拖曳力的作用下的火灾烟气失稳和沉降的规律研究，推导分析了火灾运动烟气水雾作用条件下的烟气沉降运动方向，研究了不同纵向风速、水雾压力对隧道火灾烟气沉降的影响，分析了不同流量、位置实施水雾灭火的隧道火灾温度场变化规律，研究表明水雾灭火的实施，将破坏烟气的分层特性，降低该区域的能见度，通过实施纵向通风，可改善该区域的能见度条件，提高安全性。（4）开展了隧道纵向通风排烟、顶部集中排烟等不同排烟方式的模拟，分析了不同纵向通风风速、顶部集中排烟开启方式、水雾压力条件下的隧道火灾烟气特性，研究了不同纵向风速-顶部集中排烟协同作用、水雾灭火-排烟-供风协同作用下的排烟特性，为合理控制水下隧道火灾烟气提供了依据。