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城市地下交通联系隧道性能化防火设计研究

作　者: 华高英
导　师: 赵耀华；王伟
学　校: 北京工业大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 城市地下交通联系隧道烟控方案疏散预案实体通风测试数值模拟性能化防火设计
分类号: U453.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

城市地下交通联系隧道(UTLT)是一种新型的城市地下交通系统,由环形的主隧道及多条连接隧道组成,并且通常位于城市繁华地带。与常规的直线型公路隧道相比,UTLT拥有更加复杂的结构设计与通风、排烟设计,以及较大的出入口隧道(连接隧道)坡度和较高的车流量。因此UTLT的火灾风险性非常高,并且需要可靠的烟气控制策略以及人员疏散预案,以确保UTLT的火灾安全。本文以北京拟建的CBD UTLT为主要研究对象,探索UTLT的最优烟气控制方案及人员疏散策略。通过对UTLT的特点、发展现状、国内外隧道火灾烟气与人员疏散的研究以及性能化防火设计的研究现状进行了调研和分析,文章提出应采用性能化防火设计的方法对UTLT的火灾安全进行研究。此外,通过对隧道通风及火灾模拟理论基础的介绍和合理分析,包括数学、物理模型,为本文CBD UTLT烟气控制的数值模拟研究奠定了基础。通过对北京市两条已建纵向通风隧道的实体通风测试以及数值仿真研究,获得了隧道内轴流风机与射流风机的简化建模方法以及射流风机边界条件的设置方法,为顺利开展CBD UTLT的烟气数值模拟研究提供可靠的参考。应用性能化防火设计的方法,并仔细分析CBD UTLT的结构特点,通风、排烟设计情况,以及火灾特点,本文在隧道内共建立了5个典型的火灾场景。采用数值模拟软件—ANSYS FLUENT6.3.26,建立CBD UTLT的全尺度隧道模型。通过合理地设置火灾模拟所需的边界条件,对不同火灾场景下的烟气的产生、蔓延、扩散状态以及合理的烟控方案分别进行了详细地研究和分析。采用经验公式法对每个火灾场景所对应疏散场景下的人员疏散方案进行了详细研究,并计算了人员的疏散时间(RSET)。通过将RSET与危险来临时间(ASET)进行对比,可知在合理的烟控方案下,人员均可安全疏散。由此5个火灾场景下各自的最优烟气控制方案以及人员疏散预案被最终确定。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-23
  1.1 研究背景  9-12
    1.1.1 城市地下交通联系隧道的发展现状  9-10
    1.1.2 城市地下交通联系隧道的特点  10-11
    1.1.3 城市地下交通联系隧道防火设计研究的必要性  11-12
  1.2 国内外研究现状与分析  12-18
    1.2.1 隧道火灾安全研究现状  12-14
    1.2.2 隧道火灾烟气控制的研究  14-16
    1.2.3 隧道火灾人员安全疏散的研究  16
    1.2.4 性能化防火设计方法的研究  16-18
    1.2.5 研究现状分析  18
  1.3 课题研究内容以及方法  18-21
    1.3.1 研究内容  19-20
    1.3.2 研究方法及技术路线  20-21
  1.4 本章小结  21-23
第2章数值计算理论及求解方法  23-33
  2.1 引言  23
  2.2 流体动力学控制方程  23
  2.3 数值计算的数学物理模型  23-29
    2.3.1 湍流模型  23-25
    2.3.2 燃烧模型  25-26
    2.3.3 辐射换热模型  26-29
  2.4 常用数值求解方法  29-32
    2.4.1 有限容积法  31
    2.4.2 计算区域与控制方程的离散化  31-32
    2.4.3 离散方程的基本解法  32
  2.5 本章小结  32-33
第3章北京市CBD 地下交通联系隧道  33-37
  3.1 CBD UTLT 的本体特点  33-34
  3.2 CBD UTLT 的通风及排烟设计  34-35
  3.3 CBD UTLT 火灾风险性分析  35-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章城市地下公路隧道实体通风测试与数值仿真研究  37-49
  4.1 引言  37
  4.2 实体通风测试  37-41
    4.2.1 试验隧道  37-40
    4.2.2 测试结果  40
    4.2.3 实测结果分析  40-41
  4.3 数值仿真研究  41-47
    4.3.1 数值仿真参数与模拟工况设置  41
    4.3.2 数值仿真结果分析  41-46
    4.3.3 数值仿真建议  46-47
  4.4 结论  47
  4.5 本章小结  47-49
第5章北京市CBD 地下交通联系隧道烟气控制模拟研究  49-79
  5.1 引言  49
  5.2 隧道火灾烟气的流动现象及烟流阻力分析  49-52
    5.2.1 隧道烟气的流动现象  49-51
    5.2.2 火灾烟流阻力  51-52
  5.3 数值分析  52-57
    5.3.1 火灾场景设置  52-53
    5.3.2 临界风速计算  53-54
    5.3.3 模型建立  54-56
    5.3.4 边界条件设置  56-57
  5.4 烟气控制模拟  57-76
    5.4.1 烟气控制的性能指标  57-58
    5.4.2 模拟设置及说明  58
    5.4.3 火灾场景1 烟气控制模拟  58-64
    5.4.4 火灾场景2 烟气控制模拟  64-66
    5.4.5 火灾场景3 烟气控制模拟  66-68
    5.4.6 火灾场景4 烟气控制模拟  68-71
    5.4.7 火灾场景5 烟气控制模拟  71-76
  5.5 烟气控制模拟总结与建议  76-78
    5.5.1 模拟结论  76-78
    5.5.2 建议  78
  5.6 本章小结  78-79
第6章人员安全疏散分析  79-86
  6.1 引言  79-80
  6.2 疏散设计分析方法与参数  80-82
    6.2.1 疏散开始时间预测分析方法  80
    6.2.2 疏散行动时间预测分析方法  80-81
    6.2.3 疏散路径有效宽度确定  81
    6.2.4 有效流出系数和人员步行速度  81-82
  6.3 疏散场景设定及分析  82-84
    6.3.1 风机启动前  82
    6.3.2 风机启动后  82-84
  6.4 人员疏散研究结论  84-85
  6.5 本章小结  85-86
结论及展望  86-89
  结论  86-87
  展望  87-89
参考文献  89-93
攻读硕士学位期间发表的论文  93-94
致谢  94

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