隧道火灾烟气流动规律研究及数值模拟分析

论文摘要

随着公路隧道的发展,由车辆在隧道中相互撞击或装有易燃易爆物燃烧等引起的隧道火灾事故越来越多。隧道火灾一旦发生,由于隧道空间小,车辆调头难,火灾难以及时控制,造成后果不可估量,有可能造成隧道倒塌、交通中断,造成重大的人员伤亡和财产损失。在隧道安全营运中如何对火灾进行防控和安全管理是交通部门急要解决的问题。本文主要从隧道火灾临界风速及顶板温度场分布规律方向去研究。本文总结分析了隧道火灾发生的原因、特点、危害及国内外对隧道火灾的研究现状,在此基础上提出了本文的研究内容。首先用连续性方程、动量方程、能量方程和组分方程理论分析了隧道火灾的烟气流、临界风速及顶板温度场分布规律,并建立了数学模型。随后运用FDS软件对隧道火灾临界风速和温度场进行了数值模拟分析。对临界风速模拟分析结果显示不同规模下的火灾临界风速是不一样的,在发生火灾时隧道通风风速不应小于临界风速,这样可以防止烟气逆流现象发生。对隧道温度场模拟结果显示了隧道顶板温度变化受火灾规模和通风风速的影响。最后从烟气高温危害和烟气毒性危害两方面对隧道火灾的控制进行了研究,又提出了隧道火灾的预防措施。图31表1参55

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 隧道火灾的原因
• 1.1.2 隧道火灾的特点及危害
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题研究的内容
• 2 隧道火灾烟气流动的数学模型的建立
• 2.1 隧道火灾计算理论
• 2.1.1 隧道通风的基本假定
• 2.1.2 建立基本的守恒方程组
• 2.1.3 受浮力影响的守恒湍流模型
• 2.2 隧道火灾几何模型的建立
• 2.2.1 几何模型
• 2.2.2 确定火灾规模
• 2.2.3 边界条件
• 2.3 本章小结
• 3 隧道火灾临界风速数值模拟结果分析
• 3.1 FDS简介
• 3.1.1 火灾模拟软件介绍
• 3.1.2 隧道火灾建模时关键参数的选取
• 3.1.3 CFD模拟计算气流运动的运算过程
• 3.2 隧道火灾临界风速数值模拟分析
• 3.2.1 隧道正常状态下的通风情况
• 3.2.2 隧道内烟气浓度与烟流阻力分析
• 3.2.3 烟气逆流
• 3.2.4 临界风速
• 3.2.5 隧道火灾临界风速分析
• 3.3 本章小结
• 4 隧道火灾顶部温度场分布规律数值模拟及结果分析
• 4.1 烟流温度分析
• 4.1.1 隧道火灾烟气温度纵向分布
• 4.1.2 最高烟流温度
• 4.2 隧道火灾温度场数值模拟分析
• 4.2.1 纵断面温度随时间的变化情况分析
• 4.2.2 纵断面温度分布模拟分析
• 4.3 本章小结
• 5 隧道火灾的控制及预防措施
• 5.1 隧道火灾安全性分析
• 5.2 隧道火灾危害的控制措施
• 5.2.1 对烟气高温危害的控制研究
• 5.2.2 烟气毒性危害的控制措施
• 5.3 隧道火灾预防措施
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果