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2015产品创新数字化征文:公路隧道火灾双向集中排烟数值模拟研究

2015/11/6    来源:e-works    作者:徐鹏辉      
关键字:隧道工程  排烟道  FDS  
本文运用火灾动力学模拟软件FDS(Fire Dynamics Simulator)分别对利用相似原理建立的模型隧道和依据工程结构的原型隧道火灾工况下烟气蔓延规律进行深入的分析研究。

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0 引言

    随着城市化步伐加快,隧道在现代立体交通建设中发挥着不可替代的作用。火灾作为隧道安全的最大威胁,给人民生命和财产安全造成了巨大损失。国内某在建隧道全长约6000m,建成后为世界最长的沉管公路隧道。该隧道具有沿线长、埋深大、设计交通流量大等特点,如何保证隧道火灾工况下排烟安全性及有效性,一直以来受到学者及研究机构的关注。除此之外,隧道采用纵向诱导通风+侧向排烟道集中排烟系统,目前国内外少有相关研究,且在工程实践方面我国也尚属首次,开展工程前期相关的研究显得十分重要。本文以工程原型为依托,通过数值模拟研究火灾发生在隧道内中间段时,对应的排烟控制方案(双向均衡排烟)能否满足排烟要求。

1 隧道工程概述

    目前国内隧道工程中采用集中排烟系统的隧道结构如图1、2所示。隧道采用两孔一管廊结构,即左、右侧为主行车孔,中管廊从上至下分别为排烟道、安全通道、电缆通道。管节断面总体外轮廓尺寸为:宽37.95m×高11.4m,如图1所示。隧道工程设计采用设置与主隧道分离的独立辅助通道作为排烟道,采用排烟轴流风机点式排烟与射流风机纵向诱导相结合的排烟模式进行排烟,安装有排烟阀的排烟口设置在排烟道侧壁,隧道排烟系统示意图如图2所示。

图1 公路隧道典型断面图

图1 公路隧道典型断面图

图2 隧道内火灾位置分段示意图(左线)

图2 隧道内火灾位置分段示意图(左线)

2 隧道火灾烟气控制数值模拟的基础

(1)FDS软件简介

    火灾动力学模型FDS(Fire Dynamics Simulator)是美国国家标准和技术研究所(National Institute of Standards and Technology,NIST)开发的基于场模拟的火灾动力学模拟软件,主要应用于火灾烟气的运动预测与分析,在火灾安全工程和消防工程领域应用广泛。

(2)火灾过程设定

    在数值模拟中设定火灾热释放速率时采用t2稳态火,将热释放速率设计为初期随时间呈t2发展的快速火,增长系数α=0.04689,达到稳定后保持火源功率恒定不变的火灾场景,忽略火灾衰退阶段。火源功率在起火后经过一段时间达到最大值,并保持不变,这也是模拟不利情况及保证火灾场景真实性的很保守的方法。

(3)模型建立与边界条件设置

    隧道的断面尺寸以实际隧道断面尺寸作为依据,如图所示。隧道入口处设置为速度入口,隧道出口设置为自然开口;环境温度设置为20℃;墙体边界设置为惰性边界,FDS中设置为"INERT"属性;排烟道两端设置为风机边界,FDS中设置为“Fan”属性;排烟口边界忽略排烟阀的影响,FDS中设置为“Hole”属性。

图3 隧道模型示意图

图3 隧道模型示意图

责任编辑:吴星星
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