何佳[1]2008年在《小半径曲线隧道火灾事故通风数值模拟研究》文中进行了进一步梳理本文以四川雅安至西昌高速公路上的干海子曲线公路隧道为工程背景,应用大涡模拟技术,对小半径曲线公路隧道火灾烟气蔓延规律进行数值模拟研究。主要工作及取得的进展如下:(1)在分析公路隧道火灾通风理论的基础上,结合小半径曲线隧道特殊的边界条件,确定合适的数值计算控制方程及数值模拟软件,建立了曲线隧道火灾烟气流动研究的三维数值模型。在研究国内外隧道防火规范及隧道火灾案例基础上,提出了小半径隧道火灾模拟的火源设定方法,确定火灾模拟工况。(2)通过对模拟结果的详细深入分析,研究了火灾烟气回流控制方法,提出了干海子曲线隧道火灾事故紧急通风情况下的最小纵向通风风速;分析了不同通风风速条件下干海子曲线隧道火灾烟流速度、温度和浓度的分布特征及变化规律。(3)通过对不同曲率半径隧道的横向和纵向烟气分布进行比较分析,定量分析了曲率半径的影响,获得了小半径曲线隧道火灾烟流运动规律的独特特征。(4)对不同火灾工况下小半径曲线隧道的温度场进行分析,总结了温度场分布规律,研究火灾对隧道衬砌的危害,并针对隧道的防灾设计,建议结构设计中必须加强隧道上部建筑材料的耐火等级,且对安设在顶部的通风设备进行耐火和高温防护。(5)研究了烟气高温危害及毒性危害,提出了小半径曲线隧道中烟气危害的控制方法。本文所建立的曲线隧道火灾三维模拟模型计算参数较全面,能给出较完整的信息,为干海子曲线公路隧道的防灾救灾预案的制定提供直接的理论依据和指导,而且也可作为其他曲线隧道火灾安全工程的相关参考。对进一步开展曲线隧道火灾与通风方面的研究有着重要的实用价值。
叶青[2]2006年在《长大公路隧道纵向通风系统数值模拟》文中提出现代新的通风技术使长度不再是通风的主要限制因素,纵向通风越来越频繁地运用于长大公路隧道通风当中。公路隧道通风设施的费用在长大隧道甚至可达50%。对长大隧道内的空气流速与压力分布、污染物浓度及通风防灾的研究因此成为各国隧道专业人员十分关注的研究课题。合理经济地采用长大隧道通风方案,控制隧道内污染物烟气浓度,保证隧道正常通风及火灾排烟,对现代隧道通风技术有着重要的意义。由于隧道空气分布受到诸多因素的影响,故揭示其规律比较困难。近年来,随着计算机的发展和应用,数值求解的能力越来越高,为直接以理论流体力学计算气流组织创造了条件。“计算流体动力学”(CFD, Computational Fluid Dynamics)是伴随着计算机的出现而兴起的一门新科学,因此利用CFD方法对气流组织进行数值模拟方兴未艾。本文利用FLUENT与FDS软件,以计算流体力学和传热学为基础,建立了隧道通风全局的二维模型和局部的三维模型。应用计算流体动力学的理论和方法模拟隧道通风空气的紊流流动,在对物理模型和数学模型进行理论分析和假设的基础上,运用K-ε模型与SIMPLE方法对隧道内气流组织进行了二维及三维数值模拟,边界条件采用K-ε模型结合壁面函数的方法进行处理,同时对紊流及其模型、方程离散、方程组的耦合联立求解以及SIMPLE算法等数值计算等问题进行了论述。在二维模拟中以雪峰山隧道为数值模型,计算得出隧道主风机及两组四台送排风机的转速变化对隧道内流场的影响。在三维模拟中着眼于风机的综合性能影响因素的考察,得出隧道空气流速、风机出口风速、安装高度、风机间距对风机综合影响系数K的变化规律。引入公开免费软件火灾动态模拟FDS(Fire Dynamics Simulator)对竖井附近的火灾温度分布情况和烟气流动规律进行了模拟计算。结果表明,入口射流主风机对隧道各段的影响最为显著,送风机的升压影响大于排风机。射流风机的综合影响系数随隧道空气流速变大而减小,随射流风机的出口风速、同组射流风机的横向距离、安装高度的变大而增大。进一步验证了火灾工况下的临界风速的经验公式,竖井送排风机对火灾排烟的贡献不如隧道射流风机大。
《中国公路学报》编辑部[3]2015年在《中国隧道工程学术研究综述·2015》文中研究指明为了促进中国隧道工程学科的发展,系统梳理了各国隧道工程领域的学术研究现状、热点前沿、存在问题、具体对策及发展前景。首先在总结中国隧道工程建设历程和现状、技术发展与创新的基础上对未来隧道工程的发展趋势进行了展望;然后分别从钻爆法、盾构工法、沉管工法、明挖法和抗减震设计等方面对隧道工程设计理论与方法进行了系统梳理;进而从不同工法(钻爆法、盾构工法、TBM、沉管工法、明挖法)的角度对隧道施工技术进行了详尽剖析;最后从运营通风、运营照明、防灾救灾、病害、维护与加固等方面对隧道运营环境与安全管理进行了全面阐述,以期为隧道工程学科的学术研究提供新的视角和基础资料。
张光鹏[4]2008年在《公路隧道双向换气式纵向通风研究》文中认为随着公路隧道建设的不断发展,众多长大、复杂化的公路隧道不断地涌现出来,隧道通风及其控制系统的难度也随之增加。本文依托国家重点工程项目——锦屏施工辅助隧道对双洞单向特长公路隧道纵向通风技术进行了全面、详细地研究,编制了相应的公路隧道通风计算程序,并进行了隧道通风模型试验研究。当隧道内车流量较小、单车污染物排放较大时线源模型不能真实、准确反映隧道污染物分布的问题,提出采用“点源模型”来研究隧道运营通风中污染物的分布,并建立了单线公路隧道运营通风数值计算模型。依据网络通风及隧道火灾理论,建立了公路隧道网络通风及火灾事故通风数值计算模型。导出了上述计算模型的具体求解方法,并利用MATLAB编制了公路隧道运营通风计算程序和公路隧道火灾事故通风计算程序。受地形及车流工况的影响,相邻上、下行隧道内通风负荷有较大差异,为提高隧道通风系统的经济效益,详细地研究了双向换气方法在通风负荷不均匀双洞单向公路隧道通风中的应用,给出了具体的设计过程及计算方法,并采用该方法对锦屏施工辅助隧道进行了简要的通风设计计算。时变的车流通过隧道时,为使得通风控制系统做出有效地控制,开启相应的风机台数,依据隧道通风控制理论及神经网络基础知识,构建了用于单线公路隧道及双向换气式隧道网络通风控制的神经网络在线控制模型,导出了该模型的具体设计过程,并编制了相应的隧道通风控制程序。锦屏施工辅助隧道的摩擦阻力特性属于大粗糙度、非均匀糙率的问题,紧急停车带处的气体流动复杂,通风气流的摩擦阻力和局部阻力将是流动阻力的主要组成部分。依据相似理论建立了摩擦阻力和局部阻力损失系数的模型试验平台,在不同Re下进行了三组阻力系数的试验,通过对比分析,A、B线隧道的摩擦阻力损失系数λ为0.04,B线隧道正向和反向ξ值分别为0.3491和0.3362;利用几何相似,运动和动力类似的模型原理建立的射流风机升压力模型试验平台,用以验证CFD计算模型及方法的正确性。对锦屏施工辅助隧道A、B线在正常交通、交通阻滞及堵塞时,隧道内风机在两种不同开启方式下进行了数值模拟计算,给出隧道内污染物浓度分布情况以及隧道内三个不同位置发生交通阻滞和交通堵塞时污染物浓度达到限制值的时间;通过对A、B线隧道内分别按不同风机布置方式时隧道内压力分布的计算分析,给出适合于该隧道通风的风机布置方式;利用隧道火灾事故计算模块,对大型载重车在A、B线隧道三个不同位置发生火灾的工况进行了计算,给出了两条隧道内空气温度、壁面温度和火灾烟雾的分布;此外,还计算了在此规模火灾下高温烟气对射流风机的烧毁情况,并根据计算结果给出一些建设性的意见。为了研究神经网络在线控制方法在公路隧道通风中的控制效果,利用隧道通风控制程序,对锦屏施工辅助隧道分别通过三种交通流模型时进行了计算分析。结果表明控制模型能够根据实际情况相应地修改控制策略,将风机开启台数控制在适当的范围内,保证了隧道内的污染物浓度不超过控制标准。设计的神经网络在线控制方法在对单向公路隧道及双向换气式隧道网络通风进行控制中,具有良好的适应性能。
沈碧辉[5]2008年在《长大公路隧道火灾烟流性态的三维瞬态数值模拟研究》文中认为长大公路隧道的火灾,尽管发生的频率很小,但其造成的影响及损害程度是巨大的。基于长大公路隧道在火灾安全体系研究方面的迫切需要,本文以长大公路隧道为研究对象,采用CFD方法对长大公路隧道发生火灾时烟流性态的发展过程进行了三维瞬态数值模拟研究。论文介绍了隧道火灾模拟的数学模型,以有限体积法为基础,对该模型的控制微分方程进行了离散化处理,采用SIMPLE算法进行求解。根据数值模拟计算结果,首先验证了本文所建火灾模型的合理性,随后对隧道内温度场、速度场和烟流浓度场的发展规律进行了分析,建议根据火灾释热率变化特征,在火灾发展不同时段改变纵向通风速度。隧道火灾时会出现显著的水跃现象,通过分析隧道的纵断面、水平断面和横断面温度场分布情况可以全面了解这一现象的特点。论文提出了水跃区长度的概念,增大通风速度会增大水跃区长度和减弱水跃现象,释热率的增加一定程度上会减小水跃区长度。本文还介绍了坡度变化对隧道火灾逆流长度和火灾下游烟流传播的影响,以及不同坡度隧道内烟流浓度场和温度场的分布情况,当隧道具有一定坡度时,建议将洞内纵向通风设置为上坡方向流动。研究结果表明,本文采用的隧道火灾三维场模型较好的模拟了不同工况下烟流性态的发展过程,对以后进一步开展隧道火灾与通风方面的研究具有重要的参考价值。
王永东[6]2007年在《公路隧道运营安全技术研究》文中进行了进一步梳理随着公路隧道的长大化发展、车流密度的增长和行车速度的提高,公路隧道的许多运营安全问题大量出现。近年来国内外发生多起隧道安全事故,造成了巨大的经济损失和严重的社会影响。我国目前既没有公路隧道运营管理的行业规程,也没有一部完整的长大公路隧道防灾救灾预案。因此,对公路隧道运营安全技术展开研究,日益显得重要。本文提出了“设施是基础,管理是关键,监控是核心,预案是保障”的公路隧道安全运营管理体系;将公路隧道的防灾救灾对策系统划分为指导思想、安全等级、宣传教育、交通管理、通风控制、监控与消防系统、建筑材料和附属设施以及救灾体系八个子系统,对应于每一个子系统,提出了详细的防灾对策。论文给出了我国公路隧道安全等级的划分,同时考虑隧道的规模和交通量,把我国公路隧道的安全等级从高到低划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五个级别;详细地给出了不同安全等级公路隧道对应的防火设施配置表;给出了我国长大公路隧道运输危险物品时的交通控制表。国内外现有的公路隧道火灾通风设计计算,没有考虑火灾发生后的烟流阻力的影响。本文对隧道火灾烟流模型以及烟流阻力的计算公式进行了简化,将节流效应烟流阻力、浮力效应烟流阻力(火风压)计入隧道火灾通风计算中,改进了传统的火灾通风计算公式。算例表明:烟流阻力数值较大,在火灾通风计算时,必须计及它们的影响:在采用竖井分段纵向通风系统中,如果着火点离竖井底很近,竖井内的火风压将会较大,对于排风竖井,其火风压甚至可以大于隧道内形成临界风速需要的升压力,即无需开启轴流风机,就可以自动排烟。针对当前对公路隧道火灾特性研究较多,而与防灾救灾结合较少的现象,本文进行了隧道火灾时基于温度的人员逃生与救援研究。通过对克拉尼(Cranee)公式的修改,给出了发生火灾时公路隧道内人员基于温度的逃生条件。采用有限元数值模拟方法,详细研究了公路隧道内不同风速条件下,一辆小车、一辆卡车和两辆卡车相撞发生火灾时的温度场,将计算结果与人员逃生和消防救援相结合,详细地给出了不同火灾规模时,隧道内人员的逃生方向、安全区域和消防救援的具体安全位置;同时研究了横通道开启对人员逃生区域和救援位置的影响。在上述研究成果的基础上,本文以雁门关公路隧道(5.65km)为工程依托,详细地制定了长大公路隧道交通事故、火灾事故和危险品事故防灾救灾预案;为了检验预案的可行性,在雁门关隧道举行了灭火救灾现场演习。记录了演习过程中各部门反应时间,并检测了现场环境指标。为科学合理地制定长大公路隧道的防灾救灾预案和运营管理手册,提供了大量翔实的现场资料。结合以上研究成果,论文最后给出了我国长大公路隧道运营管理手册的编制框架。
吴德兴[7]2011年在《特长公路隧道火灾独立排烟道点式排烟系统研究》文中进行了进一步梳理近年来,随着我国各类特长公路隧道的大量涌现,隧道内火灾事故的危险性亦呈上升趋势,论文在充分调研分析国内外特长公路隧道通风排烟设计经验的基础上,结合浙江省特长公路隧道的具体特点,采用数值模拟、理论分析及模型试验等手段对火灾条件下有独立排烟道的点式通风排烟模式进行了全面系统地研究,取得的研究成果主要包括：1、基于对世界范围内特长公路隧道通风排烟系统设计资料的分析及对不同通风排烟模式的综合比较研究,根据现今纵向通风模式下三种独立排烟道系统的各自特点,结合浙江省境内特长公路隧道坡度长、交通量大、行车组织复杂及高于全国平均水平的火灾发生频率等具体特征,经过经济、技术及安全等各方面综合比较后,在山岭隧道中提出了火灾条件下开启有独立排烟通道的点式排烟系统,正常运营时竖井送排式与射流风机相结合的纵向通风模式的设计理念。2、通过对特长公路隧道有无排烟道火灾时通风排烟系统的三维数值模拟分析,研究对比了上述两种不同通风排烟模式下火灾发生时温度场分布及火灾烟气蔓延规律,验证了在有独立排烟道点式通风排烟模式下火灾发生时,火灾烟气的影响范围可控制在较小区域内；能有效解决单洞双向交通火灾、二次事故火灾、“烟囱效应”不利影响,可有效控制烟气蔓延及沉降,提高防灾救援安全性等优点。同时从火灾时的“烟囱效应”的影响分析来看,有独立排烟道时,火灾时“烟囱效应”引起的烟雾基本在排烟道内流动,人员及车辆可安全撤离。且能有效降低二次衬砌的拱顶最高温度值,对于二衬营运期间火灾条件下的安全性起到保护性作用。对于特长公路隧道采用该通风排烟方式提供了有力的理论依据。3、通过模型试验手段对有独立排烟道点式排烟模式下不同工况时温度场分布特征、火灾烟气蔓延规律、合理诱导风速的深入研究,探明了该通风排烟模式下坡度对高温区分布范围及烟气蔓延的影响特点,进一步对比了火灾发生时单双向排烟在烟气控制效果方面的优劣性,并根据研究成果,修正了坡度条件下的“临界风速”理论计算公式,揭示了坡度变化对合理诱导风速的影响特征,提出了不同坡度下火源位于排烟阀不同位置处的合理诱导风速值及风向选择,试验成果在进一步补充完善数值分析结论的基础上,验证了其准确性,对于后期将此通风排烟设计理念应用于特长公路隧道工程提供了重要的理论依据。4、通过模型试验手段对点式排烟模式下隧道排烟道内及排烟阀处的烟流分布规律、排热效果及排烟系统合理设置方式进行系统地分析研究表明：隧道排烟道内及排烟阀处烟气流速按照距离排烟风机由近至远呈递减趋势,双向排烟时排烟道内及排烟阀处最高烟气流速要小于单向排烟,排烟阀最高流速与排烟阀开口总面积、单个排烟阀开口面积以及排烟阀开启间距等因素有关；建立了独立排烟道系统的流速与压强理论预测模型；排烟阀排热效率因排烟方式不同而呈现不同的分布特征,总体而言,双向排烟方式下排烟风机排热效率高于单向排烟方式,并进一步探明了影响排烟系统设置的各主要影响因素,据此提出了独立排烟道点式排烟模式下排烟系统合理设置方案,细化了排烟组织设计,为后期类似工程设计提供了关键性指标参数。
严双峰[8]2008年在《公路隧道火灾通风控制技术的数值模拟研究》文中认为随着隧道数量和隧道长度以及公路交通密度的日益增长,公路隧道内火灾事故发生率以及危害不断扩大,大量数据表明,公路隧道在运营阶段频发的火灾造成了巨大的社会影响和经济损失。造成危害的主要因素是火灾产生的高温有毒烟流,合理的通风方案能有效的控制烟流的温度及其蔓延速度和方向。隧道火灾通风控制的研究,对火灾救援及防止隧道结构高温损伤具有重要的意义。本文首先综述了公路隧道火灾的特点及研究现状,依据隧道火灾数值模拟的理论基础分析,并根据国内外相关研究成果,建立了比较合理的隧道火灾烟气流动的三维数学模型。接着利用计算机流体动力学(CFD)数值仿真技术,对隧道火灾发生后的通风控制进行三维仿真。通过稳态模拟计算出不同火灾规模临界风速值,总结隧道坡度对临界风速的影响;然后假设隧道内发生规模为50MW的火灾,进行瞬态模拟,计算工况考虑了通风风速的变化,得到烟雾扩散范围和最高温度变化规律,针对隧道防灾救援给出建议通风方案;最后根据隧道火灾应急通风控制时间滞后的特点,还模拟了在隧道中部发生火灾时不同的反应时间对烟流蔓延的影响,找出能有效控制烟流的竖井内轴流风机风速。本论文的研究丰富了我国对公路隧道火灾通风控制的研究,为公路隧道的火灾通风控制技术研究提供直接的理论依据和指导。
王一丁[9]2017年在《横通道对公路隧道互补式通风的影响数值模拟及试验研究》文中研究表明随着我国交通行业的快速发展,已建成公路隧道数量和长度均日益增大,我国已步入世界上隧道数量最多、地形工况最复杂、发展速度最快的国家行列。与此同时,高昂的隧道运营、维护费用以及不断出现的隧道事故,愈发引起了国内外研究人员对隧道通风问题的关注。研究表明,公路隧道机械通风所需的费用与隧道长度的三次方成正比,因此如何选用合适的隧道通风方式显得尤为重要。由于公路隧道修建时考虑地质地貌等方面的因素,公路隧道往往具有一定的坡度,而车辆在上下坡行驶时排放的污染物浓度的不同导致了双洞隧道中左右线需风量的差异。针对这种情况,国内外学者提出的空气互换式通风理论开始逐渐应用于新修建的双洞单向公路隧道。本文基于国内外关于互补式通风系统的研究现状,依托福建厦门某隧道为原型,主要展开来以下方面的研究。理论计算方面,本文通过对中远期车流量的预测及需风量的计算得出了该隧道通风设计的方案,论证了互补式通风系统在公路隧道通风中的适用性。研究表明:在中远期通过控制右线隧道行车速度在60~80km/h,左线行车速度在100 km/h时,仅依靠自然风和车辆交通风配合互补式通风网络即可满足隧道正常工况下的运营通风要求。物理模型试验方面,基于相似理论搭建的隧道物理试验模型,在隧道口设置射流风机来模拟车辆行驶的交通风,测试了正常工况下不同位置处断面的速度场分布情况;并通过模型隧道内油盘燃烧试验来测试了隧道内火灾工况下烟气浓度场分布情况,对模型试验的结果以及误差产生的原因进行了分析说明;模型试验结论对比验证了隧道通风研究中采用CFD数值模拟方法的可行性。数值模拟方面,运用FLUENT数值模拟软件建立了公路隧道通风三维数值模型,主要模拟了正常工况下横通道数量对隧道内空气流速的影响,同时基于车辆排放污染物设置了“点源”模型并以CO浓度为参考模拟了隧道内污染物的分布情况;通过建立火灾燃烧模型,在火灾工况下设定固定火灾热释放率研究了横通道开闭工况下对烟气浓度场和温度场分布情况的影响。通过对模拟结果的分析研究,主要得出了以下结论:1)正常工况下横通道数量并不是越多越好,增设的横通道对隧道内气体流速没有明显改变,对互补式通风系统的换气作用不明显。同时由于中间增设的横通道内部气流速度过慢而导致了CO浓度过高的问题,不利于横通道内人员和车辆的活动。2)火灾工况下横通道的开闭对隧道内烟气浓度场和温度场的影响较为明显,当横通道开启时左线隧道行车的活塞风通过横通道进入右线隧道内,增大了烟气扩散的速率,减小了隧道内烟气浓度质量百分比。同时,横通道开启后隧道中人员活动区域的温度明显降低,温度较高的近火源处稳定在400K以下。综合考虑,发生火灾时保持横通道的开启,极大地提升了人员逃生的几率,有利于灭火救援工作的开展。
赵峰[10]2002年在《公路隧道通风研究及设计软件VDSHT的编制》文中指出本文首先依据公路隧道通风理论，系统地推导了纵向通风、半横向通风和全横向通风三种通风方式的计算公式。另外，在此基础上，提出了纵向—半横向和纵向—全横向两种混合通风方式并推导了其计算方程。 其次，首次在国内尝试性地建立了一套公路隧道通风方案评价比选体系。本评价比选体系克服了以往通风方案比选仅进行技术比较和经济比较的缺点，增加了对通风方案服务水平和运营安全性的比较。 最后，本文根据所推导的通风计算公式和建立的通风方案评价比选体系，利用DELPHI语言编制了公路隧道通风设计软件VDSHT。VDSHT具有良好的界面，易于操作，可以对目前的大多数通风方式进行计算并进行多方案比选。通过对几种典型通风方式的举例计算，证明了VDSHT的正确性和实用性。
参考文献：
[1]. 小半径曲线隧道火灾事故通风数值模拟研究[D]. 何佳. 中南大学. 2008
[2]. 长大公路隧道纵向通风系统数值模拟[D]. 叶青. 华中科技大学. 2006
[3]. 中国隧道工程学术研究综述·2015[J]. 《中国公路学报》编辑部. 中国公路学报. 2015
[4]. 公路隧道双向换气式纵向通风研究[D]. 张光鹏. 西南交通大学. 2008
[5]. 长大公路隧道火灾烟流性态的三维瞬态数值模拟研究[D]. 沈碧辉. 西南交通大学. 2008
[6]. 公路隧道运营安全技术研究[D]. 王永东. 长安大学. 2007
[7]. 特长公路隧道火灾独立排烟道点式排烟系统研究[D]. 吴德兴. 西南交通大学. 2011
[8]. 公路隧道火灾通风控制技术的数值模拟研究[D]. 严双峰. 西南交通大学. 2008
[9]. 横通道对公路隧道互补式通风的影响数值模拟及试验研究[D]. 王一丁. 兰州交通大学. 2017
[10]. 公路隧道通风研究及设计软件VDSHT的编制[D]. 赵峰. 长安大学. 2002