纵向风作用下城市隧道车辆火灾顶棚射流火焰动力学特性研究

由于城市隧道净高较低，发生车辆火灾时极易在顶棚下方形成大范围的顶棚射流火焰，而纵向通风是国内隧道最常见的通风排烟方式。本项目拟通过理论分析、模拟尺寸和大尺寸巷道实验，揭示纵向风作用下城市隧道车辆火灾顶棚射流火焰动力学特性：（1）耦合分析纵向风对顶棚射流火焰的强迫掺混、对流散热以及降低射流火焰热反馈三种作用，建立隧道车辆火灾热释放速率、顶棚射流火焰区长度等关键参数随纵向风速变化模型；（2）将纵向风导致火灾热释放速率变化的结果引入Wu. Y模型，综合考虑由车辆造成的附加压力和火焰区流动加速，弥补原有临界风速预测模型的不足，建立车辆火灾抑制烟气逆流的临界风速预测模型。本项目旨在定量揭示纵向风作用下顶棚射流火焰发展特性，为城市隧道排烟系统设计和结构保护提供基础实验数据和理论支撑。

研究了隧道车辆火灾发展过程，结果表明顶棚射流火焰与质量燃烧速率间存在相互促进的作用。增大火源高度能显著促进火灾燃烧，当火源高度为0.7时其稳定质量燃烧速率约为地面火源的3.5-5倍。因此将隧道车辆火灾简化为地面火源是不合适的。进一步研究发现车辆火灾火焰振荡特性可以分为两个阶段，即竖直火焰阶段与顶棚射流火焰阶段，这是由于不同阶段火焰对空气的卷吸机制差异所造成的。. 研究了纵向风作用下隧道分岔流动的形成过程，结果过大的纵向风或破坏隧道内烟气层的形成，并在隧道中部形成几乎没有烟气存在的中心低温区。小尺寸实验结果表明分岔流动临界风速为抑制烟气逆流临界风速1.48倍。进一步考虑了火源横向位置对抑制烟气逆流临界风速的影响，结果表明临界风速与火源横向位置满足指数衰减规律，当火源贴壁时可以用镜像模型来预测其临界风速值。. 模拟了隧道活塞风作用下，站台和站厅火灾的烟气流动过程。结果表明在列车行驶过程中，隧道口及楼梯口风向将发生多次改变，促进烟气在站台内的蔓延，并破坏烟气分层。通过设置活塞风竖井、迂回风道能够减弱活塞风的作用。