城市地下公路隧道竖井自然排烟时烟气层吸穿临界判据及卷吸特性研究

由于城市地下公路隧道的特殊性，自然排烟成为此类隧道火灾排烟的合理选择之一，环保、经济等方面优势明显。本项目拟通过理论分析、模拟尺寸和全尺寸现场实验研究，揭示此类隧道中火灾烟气在内部纵向自然风和自然排烟竖井协同作用下所呈现出的动力学特性：（1）将隧道内自然风速，烟气速度、厚度和竖直温度梯度，竖井参数等引入烟气层吸穿(Plugholing)临界判据，对原有基于稳定蓄烟条件下的自然排烟Froude数吸穿判据进行修正和发展，建立隧道竖井自然排烟时的烟气层吸穿临界判据；（2）研究竖井自然排烟时，自然风、竖井内热风压和烟气竖直温度梯度等因素对竖井附近烟气层空气卷吸特性的影响，建立由竖井自然排烟引起的附近烟气层界面处空气卷吸增量预测模型和竖井内烟气流率预测模型。本项目旨在定量揭示关键因素对隧道竖井自然排烟效率的作用规律，为隧道竖井排烟系统设计提供实验依据和理论支撑。

由于城市地下公路隧道的特殊性，自然排烟成为此类隧道火灾排烟的合理选择之一，环保、经济等方面优势明显，然而，目前国内外学者在城市地下公路隧道自然排烟方面的研究较少。本项目构建了城市地下公路隧道竖井自然排烟实验平台，通过理论分析和实验研究，系统研究了隧道火灾烟气在竖井自然排烟时呈现出的动力学特性，揭示了城市地下公路隧道自然排烟时的吸穿现象产生机理并建立了临界判据，建立了竖井排烟导致的空气卷吸增量模型，明晰了纵向自然风对竖井排烟特性的影响规律，发现了竖井自然排烟时的边界层分离现象并提出了针对性的解决措施，揭示了隧道内火源横向距离变化对顶棚下方烟气最高温度影响机理及并建了相应的预测模型，建立了水喷淋启动时近域自然排烟体积流量预测模型。项目研究结果可以隧道竖井排烟系统设计提供实验依据和理论支撑。.项目共发表和被接收SCI论文10篇，7篇为SCI高影响区Top Journal 论文，其中2篇发表在工程技术类重要国际期刊Journal of hazardous Materials(SCI 1区，Top Journal，IF:3.723)，4篇发表在传热传质领域国际最高水平期刊International Journal of Heat and Mass Transfer(SCI, 2区 Top Journal，IF: 2.407)，1篇被建筑领域重要国际期刊Journal of Civil Engineering and Management接收(SCI 2区，Top Journal，IF:2.171)。国际期刊审稿人评价“提供了可以直接用于(allow immediate application)隧道工程的研究结果”、“隧道火灾是一个挑战性的问题(challenging problem)，该领域的研究者将对你在研究自然排烟的烟气流动模式方面所做的努力表示欣赏(would appreciate your effort to)”、“结果是新颖的(novel)”、“这些是隧道消防领域原创性(original)的结果”等。项目完成申请人为第1著作权人的专著1部（著，科学出版社），申请发明专利1项，培养博士后出站2名，博士生1名，硕士生3名。