不同火源面积下隧道火灾温度场试验与数值模拟分析

为了探究隧道内不同火源面积下温度场的分布规律,给隧道火灾救援提供科学的理论支持,为隧道防火设计提供参考,建立1∶9的缩尺寸模型隧道,对3种不同火源面积下,隧道火灾的热释放速率、拱顶及纵断面温度场分布特征、隧道洞口火溢流分布特点进行试验研究。同时采用大涡模拟方法对以上3种火灾场景进行了数值模拟计算,并利用试验对模拟结果进行对比分析。研究结果表明:当火源面积较小时,空气充足,燃烧主要以燃料控制型为主,隧道内最高温度位于火源正上方,并沿隧道纵向向两端逐渐减小,温度分布稳定、分层明显,此时通过火灾模拟软件FDS得到的数值模拟结果与试验较为吻合;当火源面积较大时,空气较为不足,燃烧主要以通风控制型为主,在稳定燃烧阶段,火源中部的燃烧因通风受限而受到抑制,其温度明显降低,而火源两侧燃烧相对剧烈,温度较高;当燃烧进入衰减阶段,由于两侧可燃蒸气减少,火源中部因助燃物充足而再次剧烈燃烧,此时,FDS数值模拟结果能够较好反映出该场景下的燃烧情况,但相对于试验,模拟计算所获得的温升速率较快,在充分燃烧阶段火源中心的抑制作用较试验更为明显;隧道洞口火溢流的模拟结果与试验结果相一致,数值模拟能够更好地给出火羽流的结构细节。     

不同断面形状隧道火灾下通风因子及中性层高度分析

考虑通风条件对火源热释放速率及烟气流动的影响，从隧道开口助燃空气的供应情况这一角度出发，分析隧道开口的空气流动状况。结合隧道断面的基本形状特征，利用伯努利流动方程和质量守恒方程等，对自然通风条件下圆弧形、矩形和拱形3种断面类型隧道的通风因子和空气流入速率进行了理论推导和计算。研究结果表明：不同截面形状隧道的通风因子和中性层高度变化规律并不相同，但其也有着内在的联系。通过对计算结果进行拟合分析，获取3种断面下通风因子的近似计算公式，并得到3种截面隧道的通风因子和中性层的变化规律曲线，为隧道火灾分析与工程应用提供参考。