城市水底隧道水雾作用条件下的烟气运动机理研究

为了控制火灾蔓延和保护隧道结构，目前我国在建的几条城市水底隧道都设置了水喷雾灭火系统，但喷雾会破坏烟气分层，降低能见度，对人员安全疏散产生不利影响，同时隧道强剪切风流时的烟气与水雾协同作用与单一介质作用机制又存在巨大差异。本研究从烟尘颗粒与水雾颗粒间的碰撞、吸附机理出发，分析这两种不同相颗粒间协同作用过程，通过模型试验和现场观测研究隧道火灾中油类及车内饰织物两类火灾烟气中烟尘颗粒的分布状况，研究水底隧道U型纵断面中水雾条件下烟气扩散蔓延的基本规律，建立含水烟尘颗粒群的运动方程，以便预测强剪切风流作用下水雾扩散与烟气流动状况；结合武汉长江隧道的现场试验研究影响人员安全疏散的基本判据，提出城市水底隧道水雾及通风排烟系统的最佳设计参数及控制策略，为我国大规模建设的城市隧道消防提供理论支撑。

为了有效的保护隧道，目前我国在建的几条城市水底隧道都设置了水喷雾灭火系统，但喷雾可能会破坏烟气分层，降低能见度，对人员安全疏散产生不利影响。本研究首先研究了水底隧道烟气流动特性，分析比较了各种水底隧道临界风速和拱顶最高温度的计算方法；通过实验观测了隧道火灾烟气颗粒的形成与分布、雾滴与烟尘颗粒间吸附关系，强制通风条件下含水烟尘颗粒的漂移现象；分析了水雾颗粒与烟气颗粒之间的热交换过程，雾滴喷射动量与雾滴对烟气层穿透率的关系；综合考虑水雾颗粒运动速度、水雾颗粒粒径、温度、烟气速度、温度、所受作用力、传热功率等因素建立了水雾作用下的烟气沉降理论分析模型，并利用实验和CFD模拟对模型进行了验证，研究表明模型具有很好的相似性；同时，采用CFD研究方法对复杂环境下（地下车库、隧道）水雾作用下烟气沉降现象开展了模拟研究；最后，本研究还结合武汉长江隧道的现场试验研究影响人员安全疏散因素，提出城市水底隧道水雾及通风排烟系统的最佳设计参数及控制策略，本成果可以为我国大规模建设的城市隧道消防提供参考。