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2015产品创新数字化征文:公路隧道集中排烟道沿程阻力系数模型试验研究

2015/11/12    来源:e-works    作者:徐鹏辉      
关键字:隧道工程  排烟道  模型试验  
本文结合典型隧道工程,利用相似理论建立了隧道排烟阻力试验模型,介绍了隧道排烟模型试验系统的组成及沿程阻力系数的试验测定方法,并进一步分析了排烟道壁面绝对粗糙度和漏风对沿程阻力系数测定的影响。

    随着国家基础设施建设步伐的加快,隧道的数量和长度不断增加。隧道在给人们带来交通便利的同时,其火灾安全形势也日趋严峻,火灾产生的烟气是火灾事故中人员死亡的主要原因,不加控制或控制不当将导致严重后果。当今隧道工程中采用的排烟模式主要有纵向排烟和集中排烟两种,集中排烟模式通过设置与主体分离的独立排烟道进行通风排烟,排烟道的沿程阻力系数是公路隧道通风排烟设计中排烟阻力计算的关键设计参数之一,直接决定排烟风机的选型。若排烟阻力计算过大,会造成风机选型过大,增加风机房和供电相关设备的投资;若阻力计算较小则排烟风机出力不足,火灾发生时系统排烟量降低,达不到排烟要求,因此,排烟道的沿程阻力系数是隧道排烟风机选型设计的关键参数,也是排烟系统在火灾工况下按照设计要求正常运行的重要保障。

    本文以国内典型隧道工程为依托,结合隧道排烟阻力系数模型试验研究,重点论述沿程阻力系数测定的试验方法及排烟道绝对粗糙度、漏风等因素的影响,为隧道防火排烟系统设计提供理论依据和试验参考。

1 典型隧道工程概述

    目前国内隧道工程中采用集中排烟系统的典型隧道结构如图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 公路隧道排烟系统示意图

图2 公路隧道排烟系统示意图

2 模型试验研究

2.1相似原理

    目前,研究隧道火灾的方法主要有试验研究和数值模拟,试验研究分为全尺寸试验和缩尺模型试验。对于缩尺模型试验,相似理论分析是保证模型试验和工程原型烟气流动过程几何相似、运动相似、动力相似、初始条件和边界条件相似的重要前提。根据隧道火灾烟气流动的微分控制方程出发,利用相似变换法推导出模型试验遵循的相似准则数,即缩尺模型试验的依据—Froude火灾模型。模型率为1:4对应的各物理量的相似比例尺如表1所示。

表1 模型率为1:4对应的各物理量的相似比例尺

 表1 模型率为1:4对应的各物理量的相似比例尺

2.2模型试验系统

2.2.1隧道模型试验系统

    隧道模型试验系统由行车道孔洞、排烟道、轴流风机、变频控制器、数据采集系统等组成。隧道模型采用1:4模型率,全长86m,采用钢筋混凝土结构,包括行车道、排烟道等。行车道的结构尺寸:高1.8m×宽3.3m,排烟道的结构尺寸:高0.9m×宽1.2m,其断面结构尺寸如图4所示。在行车道与排烟道之间侧壁每隔16.5m设置一处排烟口,排烟口安装有常闭型防火排烟阀。

 图3 隧道模型试验系统示意图(俯视图)

图3 隧道模型试验系统示意图(俯视图)

责任编辑:吴星星
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