机械排烟对隧道火灾烟气控制效果的模拟研究

机械排烟对隧道火灾烟气控制效果的模拟研究
　　摘要：指出了隧道发生火灾时，影响烟气控制效果的因素很多，如排烟量、排烟口的数量、火源与排烟口的距离等。探讨了在采用ANSYS-CFX软件模拟多种热释放率（HRR）情况下，排烟口位置对火源烟气控制的影响规律。模拟结果表明：临界排烟量随着HRR增加、排烟口中心与火源中心间的距离增大而增大。

　　关键词：隧道火灾；排烟口；CFD模拟；机械排烟

　　1 引言

　　火灾导致人员伤亡惨重的一个主要原因是烟气未能及时排出造成人员窒息。而隧道由于其特殊的管状封闭空间，火灾往往伴随着高温、烟气难以及时排除、能见度低，造成逃生困难以及短时间内外部救援很难到达现场开展施救工作。因此，对隧道烟气进行有效的控制就显得尤为重要。

　　那艳玲[1]用CFD方法模拟了几种火灾状况下的温度场和气流场，分析了火灾发生位置和排烟量对车站流场的影响，并用盐水实验验证了数值模拟研究。钟灵杰[2]依据美国国家防火协会的建筑防火性能设计标准，模拟了台北地铁站台发生人为纵火情况下的温度分布与烟气扩散情况，并与SES的计算结果进行了对比分析，得出了地铁排烟系统只有采用CFD方法才能真正达到性能防火设计要求的结论。Vauquelin等学者采用1/20缩尺模型，选择轻质气体模拟热烟气，研究水平隧道内的烟气运动，得到火灾热释放率（HRR）、烟气扩散距离与排烟风速的变化关系，并进一步指出排烟风速是衡量系统排烟效果的重要指标[3，4]。徐琳、张旭[5]结合某集中排烟隧道通风设计，通过CFD模拟，分析了排烟风口形状、风口间距对烟气控制效果的影响，结果表明：排风诱导风速随着排烟口下游烟气扩散范围的缩小而增大；烟气扩散距离一定时，排烟风口形状由正方形变为横向矩形时可以降低排风诱导风速。王军[6]等人借助CFD技术分析了纵向风速和排烟风量对隧道排烟系统排烟风口流量分配特性的影响，结果表明：排烟风口的排烟能力依赖于纵向风速和排烟风量的合理匹配。

　　数值分析方法进行模拟研究能够对各种复杂条件下的隧道火灾进行模拟，不但可以减少成本，还可以得到许多珍贵的数据。另外，CFD模拟还可以为隧道火灾的实验方案设计提供参考。目前，数值模拟的方法已经广泛应用于对隧道火灾的研究。

　　本文用CFD模拟方法对HRR和火源与排烟口的间距L对隧道发生火灾时排烟量的影响进行了研究；同时对隧道发生火灾时人员的安全疏散范围进行了研究。

　　2 数值模拟

　　2.1 几何模型

　　本文以1/20的模型隧道为原型建立了数值模拟的几何模型如图1所示，其长、宽和高分别为10m、0.4m和0.4m，火源为直径200mm的圆形，位于隧道底面几何中心位置，圆形排烟口及排烟风道位于隧道顶部。

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