隧道纵坡诱发气流作用下火灾燃烧特性及受限火羽流行为规律研究

All the road tunnel has a more or less longitudinal slope, when fire occurs, the supplement airflow will be induced by stack effect in the longitudinal slope tunnel. Compared to the horizontal tunnel, the boundary and flow conditions (sloped ceiling, sidewall, induced airflow) are more complex. The combustion characteristics and restrained fire plume behavior under the influence of induced airflow is not clear in current researches. With the method of experimental study, theoretical analysis and numerical simulation, the evolution law and critical condition of the fire burning rate will be explored to reveal the interaction mechanism between inertial force of induced airflow and buoyancy of fire plume. Moreover, with the influence of sloped ceiling, sidewall, induced airflow, the evolution behavior of both weak and strong impingement plume will be investigated. Finally, the physical characterization model of the restrained fire plume in longitudinal slope tunnel will be established. The current project can improve the existing theory of tunnel fire dynamics, and provide scientific basis and technical support to the fire detection, structural protection and the design of smoke control system in longitudinal slope road tunnel in China.

公路隧道都存在一定的纵向坡度，发生火灾时，在烟囱效应作用下隧道内将形成沿上坡方向的诱发气流，相比于水平隧道，纵坡隧道火灾具有更加复杂的边界（倾斜顶棚、侧壁）和气流（纵向诱发气流）条件，目前的研究尚不能充分揭示诱发气流作用下纵坡隧道内的火灾燃烧特性及受限火羽流行为规律。本项目拟借助实验研究、理论分析和数值模拟，系统研究隧道纵坡诱发气流作用下火灾燃烧速率的主控热反馈机制演化规律及其转化临界条件，明晰诱发气流速度与火灾燃烧行为之间的动态平衡机制，揭示诱发气流惯性力与受限火羽流热浮力的相互作用机理，阐明隧道侧壁、顶棚及诱发气流耦合限制下强、弱羽流顶棚射流的演化行为规律，建立纵坡隧道内受限火羽流特征参数的物理表征模型。本研究可完善现有的隧道火灾动力学理论，为我国纵坡隧道火灾探测、灭火、结构防护、排烟系统设计提供科学依据与数据支撑，具有重要的理论意义和应用价值。

公路隧道都存在一定的纵向坡度，发生火灾时，在烟囱效应作用下隧道内将形成沿上坡方向的诱发气流，相比于水平隧道，纵坡隧道火灾具有更加复杂的边界（倾斜顶棚、侧壁）和气流（纵向诱发气流）条件，目前的研究尚不能充分揭示诱发气流作用下纵坡隧道内的火灾燃烧特性及受限火羽流行为规律。本项目借助实验研究、理论分析和数值模拟，针对公路隧道内狭长边界及复杂气流条件，系统研究了纵坡隧道内火灾燃烧特性及火羽流受限行为规律研究，火灾燃烧速率的主控热反馈机制演化规律及其转化临界条件，揭示了诱发气流惯性力与受限火羽流热浮力的相互作用机理，阐明了隧道侧壁、顶棚及诱发气流耦合限制下强、弱羽流顶棚射流的演化行为规律，建立了纵坡隧道内受限火羽流特征参数的物理表征模型。本研究可完善现有的隧道火灾动力学理论，为我国纵坡隧道火灾探测、灭火、结构防护、排烟系统设计提供科学依据与数据支撑，具有重要的理论意义和应用价值。项目成果在本领域著名期刊发表论文13篇，其中SCI论文11篇，中文核心论文2篇，包括国际燃烧领域权威期刊Proceedings of the Combustion Institute 2篇、国际能源领域权威期刊Energy 2篇、国际隧道协会官方期刊Tunnelling and Underground Space Technology 1篇，1篇论文入选ESI高被引论文，授权实用新型专利2项，培养博士研究生1名、硕士研究生1名；获得第九届中国消防协会科学技术创新奖一等奖、中国工程热物理学会燃烧学学术年会优秀论文奖、第二届全国热安全科学与技术研讨会优秀论文奖等奖励。