关键词：
隧道火灾
竖井隧道
环境压强
纵向通风
双火源火灾
摘要：
经济的发展必然离不开交通道路的修建,由于地上空间有限,为缓解交通压力,开始向地下挖掘隧道。公路隧道因其狭长密闭和车流量多等特点,当发生事故时极易形成两处或多处火灾现象,使隧道内温度快速升高并产生大量有毒有害气体,给人员疏散逃生和消防救援带来巨大困难。为此,针对公路隧道双火源火灾烟气研究,有助于提高隧道火灾安全性能和优化隧道通风设计,对人员疏散救援提供指导意义。通过理论分析和数值模拟实验从以下几个方面进行了相关研究工作:
(1)使用FDS数值模拟软件建立竖井隧道模型,设置单火源与双火源两种工况作为对比,验证了火源间距为0情况等效为火源融合的合理性。同时对比研究发现双火源火灾烟气蔓延至隧道口时间与火源间距呈负相关,且蔓延速度要快于单火源火灾情况;随双火源间距增大对隧道顶棚温度辐射范围变大,火源附近高温区域变广。建立竖井能将火灾烟气大量排出,有效地降低隧道内温度;双火源工况下竖井内烟气温度和CO含量都要高于单火源情况,双火源火灾燃烧比单火源火灾更为复杂。
(2)通过FDS模拟实验改变环境压强,研究在不同海拔压强下对双火源隧道火灾烟气运动规律及竖井排烟效果的影响。研究发现对于相同规模火灾,低压环境下烟气向两侧口蔓延速度要快,60k Pa环境下烟气蔓延至左侧口时间比常压环境快12%;环境压强变化与隧道顶棚整体温度呈负相关,与火源上下游垂向温度呈负相关。发现当火源功率较大时,火源区域顶棚最高温度随环境压强降低而呈现降低趋势。竖井内温度变化与环境压强呈负相关,环境压强升高导致竖井烟囱效应增强,竖井排烟效率随环境压强升高而降低,低压环境下竖井排烟效果较好。
(3)通过FDS数值模拟研究了纵向通风场景下火源功率对隧道内烟气逆流长度变化、温度变化和对竖井排烟效果的影响。结果表明:相同环境压强下,火源功率与火灾烟气逆流长度呈正相关;火源规模相同时,上游火源与下游火源功率之比与烟气的逆流长度呈正相关;相同风速时,60k Pa环境中火灾烟气逆流长度要更长,低压环境下控制烟气逆流所需的风速也就越大。纵向风速能有效降低隧道温度,提高竖井的排烟能力。纵向风使火源下游区温度要高于上游区,火源上游区温度与纵向风速呈负相关;60k Pa低压环境隧道整体温度依旧大于常压环境。竖井内温度及烟气排量随纵向风速增大呈现先增大后平缓减小趋势,纵向风会使常压环境下竖井更容易发生吸穿现象,在相同条件下低压环境竖井排烟能力要好。低压环境纵向风速要达到竖井排烟能力相对较好的状态时,要比常压环境风速高10%左右。
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