新型UTLT類隧道火災煙氣輸運特性與最佳化控制研究

《新型UTLT類隧道火災煙氣輸運特性與最佳化控制研究》是依託北京工業大學，由王偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：新型UTLT類隧道火災煙氣輸運特性與最佳化控制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王偉
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

新型城市地下交通聯繫隧道（Urban Traffic Link Tunnel，以下簡稱UTLT）與常規隧道相比，具有獨特的本體形狀、使用功能及結構特點，存在更大的火災事故風險，需要更高的消防安全目標。本項目以提高UTLT類隧道消防安全水平為目標，開展具有UTLT類隧道特色的消防安全研究工作。.通過理論分析、全尺寸試驗以及數值模擬等方法，闡析火災煙氣層在UTLT隧道的動力學發展過程，建立UTLT類隧道煙氣溫度分布規律、煙氣層蔓延及層化特性的理論預測模型；拓展縱向式通風臨界風速理論，得到UTLT環形主隧道臨界風速的經驗預測模型；揭示隧道結構特點、不同防排煙方案對煙氣輸運過程的影響；尋求典型火災場景下，煙氣最佳化控制方案。研究成果將有助於掌握UTLT類隧道火災煙氣輸運特性，有助於推進UTLT類隧道消防安全保障體系的建立，為UTLT類隧道防火設計規範的制定提供可靠的理論與技術支持。

結題摘要

UTLT隧道火災的頂棚最高溫度、頂棚火焰長度、煙氣回流長度與限制風速、煙氣控制方案及排煙效率對於掌握UTLT類隧道火災煙氣輸運特性，推進UTLT類隧道消防安全保障體系的建立具有重要意義，並為UTLT類隧道防火設計規範的制定提供可靠的理論與技術支持。本項目通過FDS數值模擬計算，考慮了火源高度和隧道高寬比，引入新的當量直徑的計算方法，建立了UTLT類隧道火災最高溫度預測模型。與實驗值比較，結果表明，理論模型的預測值與實驗測量值吻合較好。該模型可用於UTLT類隧道頂部防火保護的工程計算。通過FDS數值模擬計算，對不同當量直徑及高寬比的UTLT類隧道，在不同的熱釋放速率及徑向速度情況下，建立了在較高和較低的的徑向速度下火焰長度預測模型。通過與其他學者的模型進行比較，分析了不同參量對上下游火焰長度的影響。該模型可用於UTLT類隧道發生火災時不同工況下火焰長度的計算。通過量綱分析方法、FDS數值模擬計算，在不同當量直徑及高寬比和不同的熱釋放速率及徑向速度情況下，建立了UTLT類隧道火災煙氣回流預測模型。與實驗值比較，結果表明，理論模型的預測值與實驗測量值吻合較好。進而推導出了UTLT類隧道限制速度的預測模型。該模型可用於UTLT類隧道排煙設計的工程計算。通過對北京市與CBD UTLT相似的兩條地下公路隧道進行的實體通風測試及數值仿真研究，認識了軸流風機在風口處設定百葉後對隧道內速度場分布的影響，以及射流風機與軸流風機綜合作用下的速度場分布，並獲得了軸流風機與射流風機模型建立以及邊界條件的設定方法。該方法可直接用於CBD UTLT煙氣控制的模擬研究或其它同類型隧道的通風、防排煙設計研究。將CBD UTLT隧道劃分成9個排煙區段；並從9個區段中選取5個作為該隧道的典型火災場景；對每一個火災場景通過穩態及瞬態的模擬，並結合最優煙氣控制方案的標準，得出對應的“合理”煙氣控制方案。根據北京市某UTLT隧道中排煙口的設定特點，利用FDS建立三種不同類型的排煙口，對三種排煙口隧道內的煙氣分布進行數值模擬，通過對比分析煙氣溫度、速度、能見度等參數指標，發現火災模式下，在側壁位置最高的排煙口的開啟方式最佳，更有利於隧道內煙氣快速集中地由排煙口排出，排煙效果更好。在側壁位置最低的排煙口排煙效率最差。