论文总字数：23009字

摘 要

烟气控制是研究隧道火灾的重点。本文通过使用FDS火灾动力学软件，以某公路隧道侧向集中排烟系统为原型，建立公路隧道模型和侧向排烟系统模型，根据实际公路隧道火灾中可能发生的火灾载荷选取了4MW、10MW、20MW、50MW和100MW五种火源功率。通过模拟比较一个与多个侧向排烟口情形下的排烟效率，并对排烟口处排出的烟气进行统计，而且对侧向排烟口处的温度分布和烟气层厚度的变化进行分析。模拟结果可得，发现开启多个排烟口会造成排烟效率降低，且距离火源越远的排烟口排烟效果越差；侧向排烟口随着排烟风量的增大将会造成吸穿，吸穿现象则造成侧向排烟系统排烟效率降低，随着排烟风量的增加，侧向排烟口处的吸穿现象越明显，吸穿区域越大。根据经验公式计算出预测侧向临界吸穿的弗洛德数为0.48，结合实际工程情况，引入饱和吸穿弗洛德数，在满足排烟效果的情形下，饱和吸穿Fr值为1.95。对开启多个侧向排烟系统排烟口发生吸穿的情形进行分析，发现距离火源越远，排烟口发生吸穿的弗洛德数值越小，适用于多个侧向排烟口临界吸穿Fr值在0.3~0.5，饱和吸穿Fr值在1.6~1.9之间，计算出的弗洛德数可以用来预测侧向排烟系统吸穿现象。

关键词：隧道火灾；数值模拟；侧向排烟系统；吸穿现象；弗洛德数

Numerical simulation of smoke motion characteristics and the plug-holing phenomenon in tunnel fire

ABSTRACT

Smoke control is the focus of tunnel fire research. In this paper, the FDS fire dynamics software is used to build the model of a highway tunnel and the model of a side concentrated smoke exhaust system based on the prototype of a certain highway tunnel. According to the actual fire load that may occur in a highway tunnel fire, five different fire release rates (4MW, 10MW, 20MW, 50MW and 100MW) are selected. By comparing the smoke removal efficiency of one and multiple side smoke outlets through simulation experiment, the statistical analysis of the smoke removal at each smoke outlet shows that opening multiple smoke outlets will reduce the smoke removal efficiency, and the smoke removal effect will be worse if the smoke outlet is farther away from the fire source. Through the analysis of the temperature distribution and smoke layer thickness change at the side smoke outlet, it is found that the plug-holing phenomenon will occur at the side smoke outlet with the increase of smoke exhaust air volume. The plug-holing phenomenon results in the decrease of the smoke extraction efficiency of the lateral smoke extraction system. With the increase of the smoke extraction wind speed, the more obvious the plug-holing phenomenon at the smoke outlet is, the larger the suction and puncture area is. Based on the empirical formula, the Froude number for predicting the critical plug-holing in the lateral smoke exhaust system is 0.48, and considering the actual engineering situation, the saturated Froude number was introduced when the thickness of smoke layer changes little with the increase of exhaust volume, and the saturated Froude number is calculated to be 1.95. To open multiple lateral exhaust system smoke suction wear situation analysis, The further away from the fire source, the smaller the Froude number. The suitable critical Froude number for predicting in lateral smoke exhaust system is 0.3 ~ 0.5, the saturated Froude number is 1.6 ~ 1.9, the calculated Froude number can be used to predict the suction through the lateral smoke exhaust system phenomenon.

KEYWORDS: Tunnel fire; Numerical simulation; Lateral smoke vent; Plug-holing; Froude number

目 录

摘 要 Ⅰ

ABSTRACT i

目 录 1

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 国内外研究现状 5

第二章 隧道火灾模拟理论及建模 7

2.1 数值模拟理论 7

2.2 隧道火灾模拟模型建立 8

2.3 网格精度可靠性 9

第三章 隧道侧向排烟系统排烟效率影响因素研究 10

3.1 排烟效率定义 10

3.2 模拟及分析 10

3.2.1温度场分布 11

3.2.2排烟效率分析 14

第四章 侧向排烟口吸穿现象分析 15

4.1 侧向集中排烟系统吸穿现象理论基础 15

4.2 侧向吸穿现象分析 16

4.2.1 单个排烟口侧向吸穿分析 16

4.2.2 多个排烟口侧向吸穿分析 18

4.3 侧向排烟吸穿弗洛德数计算 22

4.3.1 单个侧向排烟口吸穿弗洛德数计算 22

4.3.2 多个侧向排烟口吸穿弗洛德数计算 26

第五章 结论 29

参考文献 30

第一章 绪论

1.1 引言

隧道是一种特殊的利用地下空间的一种建筑形势，为一种埋置于地层岩体或者土层之中狭长而封闭的地下工程建筑物，其长度可为宽度的成百或上千倍^[1]。我国拥有960万多平方公里的领土面积，领土面积巨大，在如此幅员辽阔的领土上分布着各种类型的复杂交错的地形地势。交通公路往往需要穿过高山越过江河，由此隧道的建设伴随着交通公路的发展应运而生。

近些年来，随着国民经济能力快速提高，人们的出行对交通的需求越来越大，为了交通的便利以及经济的发展，我国修建的长距离的隧道以及跨海过江隧道越来越多。但是，这些隧道在予以我们交通便利之时，也存在着隐患。现在交通车流量增加，车速越来越快，在经过这些狭长封闭的隧道空间时，行车的密度也随之加大，发生事故的可能性也随之增加，在交通事故发生的同时带来的隧道火灾发生率也逐年增加，特别是化工原料以及液化石油气的运输增加，一旦发生事故，起火的概率也随之加大。由于隧道的结构复杂，发生事故或火灾时人员疏散以及救援有一定的难度，每每隧道发生火灾都会造成较大的伤亡或者对隧道结构性能以及交通作用造成严重破坏。若是在隧道之中形成连环事故，往往造成严重的伤亡后果。

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