高海拔隧道不等释热率双火源顶棚烟气温度纵向分布研究

《TUNNELLING AND UNDERGROUND SPACE TECHNOLOGY》：Research on longitudinal ceiling gas temperature of two fires with unequal heat release rates in a high-altitude tunnel under natural ventilation

本文通过数值模拟研究高海拔自然通风隧道内不等释热率（HRR）双火源的顶棚烟气温度分布特性。系统分析了环境压力（62.4-101.3 kPa）、火源间距及总HRR（30-60 MW）对最高温度（Tmax）的影响，发现低压会显著抑制实际HRR并导致温度分布不对称。研究创新性地建立了考虑环境参数的无量纲分段函数模型，为高海拔隧道多重火灾的防灾设计提供重要理论依据。

　　

重点发现

热释放率的变化

图5展示了零间距（S=0 m）时不同环境压力下总热释放率（Q?_total）随时间的变化，其中虚线表示模拟中设定的设计值。可以看出，Q?_total随时间先上升后保持稳定。达到设计值所需的时间随Q?_total增大而增加。在较高环境压力（P_x≥79.5 kPa）条件下，如图5(a)~(c)所示，稳定阶段的总HRR能够达到设计值。而在较低压力（P_x=70.1 kPa）条件下...

结论

通过一系列全尺寸隧道火灾数值模拟，研究了自然通风隧道内不同环境压力下双火源引起的顶棚最高烟气温度（T_max）。研究系统改变了双火源的HRR、纵向间距和环境压力，主要结论如下：

(1) 在当前总HRR为30~60 MW范围内，实际总HRR在较高环境压力（70.1~101.3 kPa）下可达到或接近设计值，而在62.4 kPa环境压力下则显著低于设计总值...

(2) 等HRR双火源的顶棚温度曲线基本对称，而不等HRR工况则呈现明显不对称性...

(3) 大HRR火源的温度随压力降低（因实际HRR低于设计值）而下降，小HRR火源受压力影响较弱...

(4) 特定HRR和间距下，最高温度随环境压力降低呈先升后降趋势...

(5) 采用量纲分析法建立了考虑环境参数的无量纲最高温度与无量纲HRR的分段函数关系式...

(6) 通过文献中的数值模拟和实验数据验证了所提模型对单火源/双火源场景的适用性。