支管排烟作用下双层隧道顶棚温度分布试验研究

针对下层隧道采用支管排烟模式的双层盾构隧道,通过开展缩尺寸模型试验对烟气温度分布进行系统研究,探讨火源功率、排烟口开启方案(排烟口数量和距离)和排烟量等关键因素对火灾烟气温度分布的影响。结果表明:随着排烟口距离的增加,顶棚烟气温度逐渐升高;开启距离火源最近的两个排烟口时,顶棚烟气温度最低;随着排烟量的增大,在远离火源的区域顶棚烟气温度逐渐降低;火源上下游顶棚下方温度沿隧道纵向呈现指数衰减规律,在不同的排烟量和火源功率下,相对温度衰减ΔT_(x)/ΔT_(max)的值变化不大。通过对试验数据进行拟合分析,推导出支管排烟模式下,火源上下游顶棚烟气温度纵向衰减预测模型。

分布式排烟管对侧向排烟效率提升效果分析

为了进一步提高隧道火灾侧向排烟效率,以港珠澳大桥海底沉管隧道为研究对象,利用FDS数值模拟软件进行等尺寸建模,将火源热释放速率设置为10,20,50 MW,排烟速率设置为4,6,8,10 m/s,宽高比设置为1∶2、1∶1、2∶1、3∶1,共计48组工况,在各个侧向排烟口处加装“分布式排烟管”,通过控制变量法分析分布式排烟管宽高比、火源热释放速率等因素对侧向排烟效率的影响,并探究加装分布式排烟管对侧向排烟效率的提升效果。结果表明:(1)排烟速率相等的条件下,当排烟管宽高比较小,宽高比由1∶2增大至2∶1时,其竖向拦截热烟气的范围减小,排烟效率逐渐减小,此时主要由吸收的热烟气量主导排烟效率;而当集气管的宽高比较大,宽高比由2∶1增大至3∶1时,集气管变得更加扁平,排烟效率逐渐增大,此时主要由所吸收热烟气的浓度主导排烟效率。因此,侧向排烟效率随着排烟集气管宽高比的增大呈现先减小后增大的趋势,当集气管宽高比为2∶1时取得最小值。(2)排烟速率、排烟管宽高比相同条件下,随着火源热释放速率增大,燃烧产生的烟气总量增加,而分布式排烟集气管对热烟气的吸收却很快达到饱和状态,此时排出的热烟气总量并没有显著增加,而燃烧产生的热烟气总量却增大了,因此排烟效率随着火源热释放速率的增加而减小;同时,在排烟速率相同、排烟管宽高比不同的条件下,由于在火源热释放速率较小时侧向排烟口排放的热烟气尚未达到饱和,因此排烟效率有较明显的差异,随着火源热释放速率的增加,此时侧向排烟口的排烟量达到饱和,即此时的排烟量与火源产生的总热烟气趋于相同,因此排烟效率随着火源热释放速率的增大而趋于一致,此时排烟管的宽高比不再是影响排烟效率的主要因素,应考虑增加分布式排烟管的数量以提升排烟效果。(3)通过对比传统侧向排烟的排烟效率,加装“分布式排烟管”后,侧向排烟效率最高能提升4.3倍(火源热释放速率为10 MW、排烟速率为8 m/s、排烟集气装置的宽高比为1∶2),最低也能够提升了0.5倍。根据幂函数拟合得到排烟管宽高比与侧向排烟效率提升率之间的函数关系。排烟效率的提升率随着侧向排烟口宽高比的增加而逐渐减小,最后收敛于某一极限值。数据表明,当宽高比大于2∶1时,提升率已经非常接近极限值;而宽高比为2∶1时,虽有最大提升率,但会影响隧道净空高度。综合经济性与实用性等因素以及本研究成果,集气管的宽高比设置为1∶1是较佳的设计方案。