[发明专利]一种高原隧道火灾烟气控制风速设计方法

说明书

本发明公开了一种高原隧道火灾烟气控制风速设计方法。包括：运用火灾动力学软件FDS，得到不同海拔条件下不同规模公路隧道火灾所对应的通风临界风速；结合临界风速结果，应用无量纲分析得到无量纲隧道临界风速表达式；开展隧道模型试验，确定并获得不同海拔条件下隧道火灾火源热释放率变化规律；结合不同海拔条件下隧道火灾火源热释放率变化规律，修正无量纲隧道临界风速表达式，获得不同海拔条件下隧道火灾烟气控制风速设计方法。本发明明确了高原，低气压、低温度、低含氧量环境对隧道火灾临界风速影响，揭示了不同海拔高度下公路隧道临界风速变化规律，能够获取任意海拔高度公路隧道火灾临界风速，尤其适用于高原地区公路隧道火灾临界风速。

技术领域

本发明属于隧道防火减灾设计技术领域，尤其涉及高原地区气压低、气温低、含氧量低的特点的高原隧道火灾控制风速设计方法。

背景技术

高海拔地区公路隧道具有显著的“三低”环境特征，即气压低、气温低、含氧量低，其隧道防灾通风设计与平原区隧道必然存在明显差别。对于公路隧道火灾而言，临界风速作为防灾通风控制方法的关键参数，对于防灾通风设计尤为重要。根据现有公路隧道通风设计细则，采用纵向排烟的公路隧道，隧道发生火灾时，采用一端送风，一端排烟的通风方式，使隧道内气流沿着同一方向流动，依据不同隧道火灾规模，其断面气流流速控制大小存在差异，但均满足不小于临界风速的要求；另一方面，现有规范并未提供具体的临界风速计算方法，如采用最大通风风速设计会显得过于保守，同时隧道内容易形成涡流，影响下游火灾烟气层化，从而烟气扩散紊乱不利于火灾发生时下游人群安全疏散；采用最小通风设计，又有可能无法完全抵抗火灾热浮力作用所产生的顶棚射流，进而不满足隧道火灾临界风速的设计要求。

针对使烟气刚好不发生回流的临界风速值，现有研究通过理论计算、数值模拟、现场试验等方法对隧道火灾规模、隧道线形、隧道坡度、隧道宽度、隧道宽高比以及火灾物体在隧道内的阻塞率等影响隧道火灾临界风速的敏感因素进行了深入研究。然而现有研究成果主要基于平原地区隧道，其对高原公路隧道甚至超高海拔公路隧道的适用性、有效性有待进一步深入研究。

因此，现有隧道火灾临界风速研究主要集中在平原地区，对于高原地区公路隧道临界风速研究较少，缺乏具体的高原公路隧道临界风速获得方法。这对高原公路隧道防灾通风设计造成一定困难，对隧道运营安全和节能产生不利影响。显然，探索一种合适的高原地区公路隧道控制风速设计方法尤为重要。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种高原隧道火灾烟气控制风速设计方法。本发明目的是弥补目前高原地区公路隧道临界风速计算研究的空白，指导高原地区公路隧道火灾烟气通风控制设计研究，为高原地区公路隧道防灾通风系统的设计提供科学依据，以保障高海拔隧道的节能与运营安全，同时有利于火灾发生时的人员疏散。

本发明通过以下技术方案实现：

高原隧道火灾烟气控制风速设计方法，其特征在于包括：

1)运用火灾动力学软件FDS，得到不同海拔条件下不同规模公路隧道火灾所对应的通风临界风速；

2)结合临界风速结果，应用无量纲分析得到无量纲隧道临界风速表达式；

3)开展隧道模型试验，确定并获得不同海拔条件下隧道火灾火源热释放率变化规律；

4)结合不同海拔条件下隧道火灾火源热释放率变化规律，修正无量纲隧道临界风速表达式，获得不同海拔条件下隧道火灾烟气控制风速设计方法。

本发明方法1)中，运用火灾动力学软件FDS，建立隧道原型尺寸模型，通过改变模型的大气压环境模拟获得不同海拔高度对临界风速的影响。

本发明隧道火灾火源热释放率采用失重法分析获得：

HRR＝χmΔh_c

式中：χ为燃料燃烧效率；m为燃料燃烧质量损失速率；Δh_c为可燃物的热值。