纵向风作用下不同海拔公路隧道受限火羽流行为特征研究

The common features in numerous catastrophic road tunnel fires are the significance of the fire load and the growth of fire under the longitudinal ventilation. In previous studies, the fire sources were always positioned at the longitudinal centerline of tunnel, the influence of the side wall on fire plume was not addressed, and the heat release rates of fire soures were usually too small compared to the road tunnel geometry. Road tunnels in China are widely distributed in the plains and plateaus. The current project intends to investigate the restrained fire plume behavior under longitudinal wind in road tunnels at different altitudes by experimental study, theoretical analysis and numerical simulation. The fire plume development could be divided into three phases, namely vertical spread of fire plume, impingement of intermittent flame on the tunnel ceiling and continuous ceiling jet flame. The dynamic development process of the three phases and random attribute will be explored. The variation law of dominated heat feedback mechanism of different fire types during the development of combustion process from diffusion to forced mixing will be investigated under longitudinal winds of different velocities. The mathematical models of the dynamic characteristics parameters of restrained fire plume at different altitudes will be established. This project can improve existing restrained fire plume theory and provide theoretical and technical support to the fire protection of road tunnels at different altitude in China.

历次重大公路隧道火灾事故的典型特征是巨大的火灾载荷以及火灾在纵向风作用下的发展。目前的公路隧道火灾研究多采用小功率火源，且均将火源放置于隧道纵向中心线上，未考虑侧壁对火羽流发展的限制作用。本项目拟针对我国公路隧道广泛分布于平原至海拔四千多米地区的现状，借助实验研究、理论分析和数值模拟，系统研究纵向风作用下不同海拔隧道受限火羽流行为特征，分析受限火羽流由竖向扩展转变为间歇火焰撞击顶棚，直至形成持续顶棚射流火焰的动态演化行为与随机性特征；揭示不同纵向风条件下，受限火羽流由自由扩散燃烧向强迫掺混燃烧转变过程中，不同类型燃料的主控热反馈机制的变化规律；建立不同海拔条件下的隧道受限火羽流行为特征参数表征模型。项目可以完善现有的受限火羽流理论，并为我国不同海拔公路隧道的结构防火以及探测、灭火、防排烟系统设计提供基础理论和数据支撑。

历次重大公路隧道火灾事故的典型特征是大功率火灾在纵向风作用下的发展。目前的隧道火灾研究多采用小功率火源，且多将火源置于隧道纵向中心线上，未考虑侧壁对火羽流发展的限制作用。本项目针对我国公路隧道广泛分布于不同海拔的现状，借助实验研究、理论分析和数值模拟，系统研究了纵向风作用下不同海拔隧道受限火羽流行为特征，揭示了受限火羽流竖向扩展、间歇火焰撞击顶棚和持续顶棚射流火焰三个阶段的演化行为规律与随机性特征，揭示了不同纵向风条件下受限火羽流行为演化规律，建立了考虑海拔条件的隧道受限火羽流行为特征参数表征模型。项目成果完善了经典火羽流理论，可为我国不同海拔公路隧道的结构防火以及探测、灭火、防排烟系统设计提供基础理论和数据支撑。.发表SCI收录论文36篇（35篇为第一资助，1篇为第二资助），其中高影响区28篇，包括燃烧领域顶级刊物Combustion and Flame 3篇、Proceedings of the Combustion Institute 4篇，传热领域权威期刊International Journal of Heat and Mass Transfer 6篇、International Journal of Thermal Sciences 3篇，燃料与能源领域权威期刊Applied Energy 1篇、Fuel 3篇，建筑环境领域权威期刊Energy & Buildings 3篇等。出版专著1部（科学出版社），授权发明专利1项。培养博士毕业生3名，在读博士生2名，在读硕士生1名。培养的博士生高子鹤获得国际火灾科学学会最佳博士论文奖。.项目负责人纪杰研究员获国家自然科学基金优秀青年基金资助（2017），入选中组部“万人计划”青年拔尖人才（2015）、“中科院特聘研究员计划”特聘骨干人才（2016）和中科院青年创新促进会人才（2014），获中国科学院卢嘉锡青年人才奖（2014）、Jack Watts Award for Outstanding Reviewer of Fire Technology（2014）等荣誉与奖励。受邀担任火灾领域两大权威期刊Fire Safety Journal（国际火灾学会会刊）和Fire Technology（美国消防协会和消防工程师学会会刊）编委、中国消防协会科普教育委员会副主任委员兼秘书长等职务。