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公路隧道火灾数值模拟研究

作　者: 成剑林
导　师: 邹声华
学　校: 湖南科技大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 隧道火灾烟气运动数值模拟
分类号: X928.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 291次
引　用: 2次
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内容摘要

公路隧道内一旦发生火灾,将造成重大事故。隧道内火灾烟气的控制对火灾防治有重要意义。因此本文拟对公路隧道火灾及其烟气流动进行了数值模拟研究,为隧道火灾的防治提供快速准确的决策方法。论文介绍了公路隧道火灾的特点、原因、危害以及国内外对隧道火灾模拟技术的研究现状及发展;结合理论分析和火灾试验对火灾燃烧形式及过程进行了研究。在火灾火源热量释放量及燃烧产物计算方法以及火灾温度随时间发展的变化规律这些已有的研究成果的基础上,介绍了湍流燃烧模拟方法,对隧道火灾的PDF湍流燃烧模型进行了研究。对隧道火灾烟气流动特点进行了分析,总结了火灾烟气的三维流动规律,在此基础上对浮羽流流动进行了分析。介绍了临界风速对烟流流动的影响与作用。对隧道火灾三维场模拟技术原理进行了阐述,介绍隧道火灾场模拟原理与CFD模拟技术,并进行两者之间的比较。利用场模拟原理建立了模拟隧道火灾三维流动过程的基本模型、湍流模型、边界条件以及数学模型中基本方程组的离散方法和方程组的求解方法。简要介绍了大型CFD通用计算程序Fluent的基本功能和基本结构,提出了数值计算方法。搭建了隧道模拟实验台并进行了实验,使用Fluent软件对公路隧道火灾在不同风速下的火灾烟流温度和浓度分布进行了数值模拟计算,并得到了一定结论。通过以上研究分析,论文给出了隧道火灾烟气的流动规律,用2m/s风速对20MW的隧道火灾进行通风模拟,得到了与试验数据相似的结果,对比分析结果表明,通风风速对温度的纵向分布有很大影响,随着通风速度的增大,火区上游烟流温度和浓度都相应减小。2m/s的通风速度可以控制烟气回流的产生,从而减少人员的伤亡和物资的损失。利用场模拟方法模拟隧道火灾是适用的,建立的隧道火灾数学模型是正确的。数值计算结果与实验测量数据总体上符合,也证明了用CFD模拟软件对隧道火灾烟气流动进行模拟研究与计算是进行火灾防治快速准确决策的有效手段。

公路隧道火灾数值模拟研究

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