纵向通风和横向排烟协同作用下隧道火灾烟气分层特性与优化控制研究

In order to control the fire and protect people downstream the fire,many tunnels have chosen a combined logitudinal and transverse ventilation system for fire smoke control in china.With this combined ventilation system,the fire smoke will spread under the influence of both longitudal velocity and transverse extraction, which will be very different from that under only longitudal velocity or transverse extraction.Based on the heat and mass flow theory and combustion reaction kinetics, research on smoke control and layer stratification in tunnel fires under combined ventilation will be carried out using model experiments,theory analysis and numerical simulation.It aims to set up a model predicting the destratification of smoke layer in tunnel fires.In order to get the optimized design of the tunnel lateral exhaust system,study on flow velocity and pressure distribution in the lateral exhaust duct will also be carried out.Based on these research and the initial distribution of longitudinal velocity before the fire,the best smoke control scheme will be put forward considering the real fire conditions in the tunnel.This research project aims to solve the key technical problems of the combined ventilation system for tunnel fire smoke control,which will make the design and operation of the tunnel fire protection system more reliable and applicable.

为了控制火灾蔓延和保护火源下游人员安全，目前我国有多条隧道采用了纵向通风+横向排烟的组合通风排烟系统，由于该排烟模式是火源热烟羽在纵横两个方向组合扰量作用下的复杂受限扩散过程，与单一的纵向通风或横向排烟存在较大差异。本项目基于流动、传热传质理论和燃烧反应动力学，采用模型实验、理论分析和数值模拟相结合的方法，研究纵向通风和横向排烟协同作用下，隧道火灾烟气蔓延和分层特性，建立隧道火灾烟气层的失稳临界条件预测模型；研究隧道侧向排烟道内的流速和压强分布规律，得到侧向排烟系统的排烟口优化设置方案和排烟效率计算模型；根据火灾初期隧道纵向风速的变化规律，提出实际火灾状况下的排烟优化控制方案，解决隧道纵向通风和横向排烟组合模式设计及推广应用的关键技术问题。研究成果可直接指导隧道火灾烟气控制的设计与应用，为提高隧道消防工程设计和运营管理水平等提供技术支持。

为了控制火灾蔓延和保护火源下游人员安全，目前我国有多条隧道采用了纵向通风+横向排烟的组合通风排烟系统，由于该排烟模式是火源热烟羽在纵横两个方向组合扰量作用下的复杂受限扩散过程，与单一的纵向通风或横向排烟存在较大差异。本项目基于流动、传热传质理论和燃烧反应动力学，采用模型实验、理论分析和数值模拟相结合的方法，分析了烟颗粒宏观分层和温度分层失稳状态，得到了失稳临界状态时竖直温度梯度和剪切速度梯度之间的耦合关系，将无量纲Fr数和Ri 数作为临界判据，建立了纵向通风和横向排烟协同作用下隧道火灾烟气层的失稳临界条件判据。采用小尺寸模型试验和数值模拟研究了隧道侧向排烟系统在不同排烟口设置方案（开口面积、间距、开启个数）、不同纵向风速和排烟量下的排烟口流量及隧道内温度分布规律，得到了隧道侧向排烟道系统排烟效率计算模型及优化控制方案。通过现场火灾试验及数值模拟，对实际风流状态下隧道内火灾烟气控制进行了研究，分析了在各种初始风流条件下排烟口开启后的烟气层高度、温度和能见度随时间的变化情况，提出了在纵向通风和横向排烟协同作用下隧道火灾烟气优化控制方案。研究成果可直接指导隧道火灾烟气控制的设计与应用，为提高隧道消防工程设计和运营管理水平等提供技术支持。