PPT公路隧道防灾救援技术3

公路隧道道防灾救救援技术术第二部分分公路隧道道防灾救救援技术术研究手手段一、模型型试验研研究二、三维维数值模模拟研究究三、重要要结论主要内容容一、模型型试验研研究1、隧道火火灾试验验研究现现状2、模型试试验目前，世世界上关关于火灾灾试验总总共有三三大类，，即：（１）等等比例模模型试验验（２）在在运营前前或运营营时的隧隧道中进进行试验验（３）小小比例模模型试验验1、隧道火火灾试验验研究现现状（１）等等比例模模型试验验Ofenegg隧道（1965年瑞士））试验：：目的：研研究瑞士士的60个隧道工工程在火火灾情况况下的通通风量场地：Ofenegg铁路隧道道，把隧隧道距入入口190m处进行封封闭试验内容容：采用用6.6m2到95m2的汽油燃燃烧床模模拟了大大约11组火灾测试的内内容：温温度、风风速、气气体浓度度（CO和O2）、能见见度Zwenberg隧道（1975年奥地利利）试验验：目的：奥奥地利两两项主要要的高速速公路工工程通风系统：：纵向通风风方式和半半横向通风风方式两种种系统试验内容：：30组火灾试验验，燃烧床床6.8m2～13.6m2测试内容：：温度、气气体浓度（（CO、CO2、NOx和O2）、不透明明度和燃烧烧率PWRI试验（1982年日本）：：场地：采用用700m长的导洞和和3300m长的公路隧隧道试验内容：：火源点采采用汽油燃燃烧床（4m2试验10组，6m2试验2组）、客车车（试验6组）和公共共汽车（试试验6组）来模拟拟测试内容：：纵向空气气流速的影影响Repparfjord隧道（1990～1992年挪威）试试验：场地：在Repparfjord隧道（一个个废弃的长长达2.3km的采矿导洞洞（毛洞、、横断面变变化范围为为30～40m2））人力物力：：集中了9个欧洲国家家的人员参参与。试验验花费经费费在1千万美元试验内容：：采用铁路和地铁铁车辆、客客车、载重重车辆及按要求分分级的火灾灾（庚烷燃烧和和木材堆燃燃烧）进行21组模拟试验验测试内容：：空气和墙墙壁的温度度、流速、、不透明度度、气体浓浓度、烟雾雾运动等Memorial隧道（1993～1995年美国）试试验：场地：位于于西维吉尼尼亚的Memorial隧道（一条条废弃的长长850m的公路隧道道）通风方式：：全横向通通风方式和和纵向通风风方式两种种人力物力：：这项试验验是由联邦邦公路管理理局和马萨萨诸塞州波波士顿Artery隧道工程共共同提供经经费而进行行的，试验验花费为4千万美元测试内容：：采用柴油油燃烧床模模拟火灾进进行了大约约91组试验。热热量释放率率从10MW（4.5m2）～100MW（44.4m2）。（２）在运运营前或运运营时的隧隧道中进行行试验证明在发生生火灾的情情况下排烟烟系统是否否能够正常常工作。这项试验近近期的发展展说明了通通风的效率率与通风风风量和通风风操作方式式两者均有有关联。因因为这点从从来没有被被有关建议议或是规范范所论述，，所以为了了对火灾（（火灾点位位置、热释释放率、自自然通风等等）做出最最佳反应，，进行详细细而明确的的研究是很很有必要的的。为了检验隧隧道操控者者遇到火灾灾情况时如如何做出反反应。试验也可以以与火灾消消防演习和和救援评价价联系起来来。如：（1）Puymorens隧道火灾试试验（2）Chamoise隧道火灾试试验（3）雁门关隧隧道防灾演演习（4）北碚-西山坪隧道道群防灾演演习这种试验存存在的问题题有：（1）目标单一一（2）火灾规模模小（不会会超过5MW）（3）火灾持续续时间短目的：体现现发生在隧隧道内部的的火灾发展展现象优点：与等等比例模型型试验相比比，这种方方法会节省省大量的时时间和金钱钱。由于其其能够用激激光或是染染色的流体体来显现烟烟雾，因此此它的结论论也是令人人信服的。。应用：对于于隧道设计计，很少采采用这种试试验。（３）小比比例模型试试验小比例模型型试验一般般有三种模模型：热力模型：：由真实火灾灾的不同火火源组成，，表述了热热量与墙壁壁之间的热热传递，表表达了逆流流距离、坡坡度、热释释放以及与与墙壁间热热交换之间间的关系，，不能够控控制与原型型相同的热热辐射（即即火源放热热量）等温变化模模型：火源是用轻轻气体和空空气或者是是氮气的混混和物来模模拟的，不不能描述与与墙壁之间间的热交换换，通常用用这种模型型来模拟逆逆流层长度度，模拟横横向通风中中阀门调节节对烟雾扩扩散效应的的影响是有有效的水力模型：：不能体现与与不同密度度有关的浮浮力作用（（重力是一一个常数）），仅限于于液态，对对应的释放放的热量很很低，更高高的热量释释放率只能能基于一些些假定来进进行模拟小比例模型型试验缺陷陷：（1）热力模型型：不能够控制制热辐射。。（2）等温变化化模型：不能描述热热交换。（3）水力模型型：不能体现浮浮力作用。。（１）相似似关系（２）试验验系列（３）模型型设计与安安装（４）断面面和测点布布置（５）测试试系统（６）结果果分析２、模型试试验（１）相似似关系几何相似尽量选择大大几何比例例模型，纵纵向尺寸可可以采用变变态摩阻。。流动相似保证摩阻系系数（相对对粗糙度））相等，相相对粗糙度度相等→表表面粗糙度度相等→使使模型流动动进入充分分发展的紊紊流即可。。温度场相似似试验中保证证等风速即即可以满足足温度场分分布相似的的要求。压力场相似似海拔高程相相差不大时时，重力影影响微弱，，可认为压压力场相似似。（２）试验验系列（３）模型型设计与安安装（４）断面面和测点布布置ABCEFGHIKM

DJL燃烧床80m56m40m28m18m10m6m2m2m6m（５）测试试系统CAN总线压力探头风速探头变送器温度探头采集器采集器采集器变送器（６）结果果分析►火灾时隧道内烟雾性态分析►火灾时隧道内压力场分析►火灾时隧道内温度场的分布烟雾的扩散规律火灾烟流逆流层的性态压力场状态火风压研究燃烧温度温度场分布分析内容隧道内风速的变化二、三维数数值模拟研研究1、数值模拟拟系统2、数值模拟拟系列①专家系统统②区域模拟拟③网络模拟拟④场模拟⑤混合模拟拟直接数值模模拟法（DNS）雷诺平均法法（RANS）大涡模拟法法（LES）１、数值模模拟系统可以使用通通用商业软软件进行火火灾模拟，，如STAR-CD、PHOENICS、FLUENT、CFX等。（１）单隧隧道火灾三三维数值分分析（２）双隧隧道火灾模模式下通风风组织三维维数值分析析（３）送送排式通通风模式式下隧道道火灾通通风三维维数值分分析２、数值值模拟系系列1、隧道火火灾区域域划分：：三个区区域，即即火区上上游、火火区和火火区下游游2、火区温温度分布布变化规规律（1）隧道火火灾过程程的三个个阶段：：即发展展阶段、、稳定阶阶段和衰衰减阶段段。（2）最高温温度变化化规律：：起火后后的2～10min内达到到最高。。（3）温度梯梯度变化化规律：：经过2～4分钟，即即达最大大。三、重要要结论（4）通风风风速对最最高温度度的影响响：最高高温度达达10000C（5）最高温温度在横横断面上上分布：：下部高高上部低低。3、火区上上游温度度分布变变化规律律通风风速速总能保保持大于于2m/s，高温烟烟流将不不会产生生回流，，此时，，火灾对对上游的的影响距距离不超超过30m，主要是是热辐射射影响。。4、火区下下游温度度分布变变化规律律（1）火区下下游温度度的扩散散速度与与此段的的通风速速度相当当。（2）火区下下游150m范围内处处于涡流流状态（3）同等火火灾规模模下，当当风速为为2～3m/s后，温度度最高。。（4）火区下下游温度度分布在一定的的通风风风速下，，火区下下游最高高温度在在250℃℃以上的区区段长度度在800m左右。一一人高度度处，火火区下游游最长在在2500m左右温度度达到人人可忍受受的程度度。5、火灾情情况下烟烟流分布布规律（1）不产生生回流风风速为2m/s。（2）不通风风情况下下，烟雾雾的纵向向扩散速速度为1～2m/s，厚度方方向的扩扩散速度度约为2～4cm/s。（3）在纵向向通风情情况下，，烟流的的扩散速速度与此此段的通通风速度度相当。。6、CO浓度场，，最高大大于10%。7、O2浓度场，，最低小小于16%。8、火源处处密度最最小为1/6正常密度度，火源源下游最最小密度度为1/2正常密度度。9、火灾温度度随距离离变化计计算方法法10、火灾温度度随时间间和距离离变化计计算方法法11、火灾节节流效应应烟流阻阻力的计计算方法法12、火风压压计算方方法13、烟流阻阻力计算算方法14、风机布布置原则则：5km以下隧道道尽量考考虑风机机两端集集中布置置为主，，5km以上隧道道尽量考考虑风机机分散布布置。根根据正常常通风要要求，确确定风机机数量。。以满足足正常通通风压力力要求布布置风机机。根据据火灾通通风要求