一种一端封堵隧道单点式排烟系统的排烟口尺寸和排烟风速的确定方法

本发明涉及城市隧道工程领域，特别涉及一种一端封堵隧道单点式排烟系统的排烟口尺寸和排烟风速的确定方法。

背景技术：

1、车辆列检库主体位于山体内部，仅有一个出入端与外界相连，另一端封堵，具有狭长空间的结构特点，是典型的一端封堵隧道。目前，我国现有的建筑工程规范，尚未对一端封堵隧道式停车列检库进行明确的定义和定性，也未对内部的通风排烟方案作明确规定。因此，在实际工程中，设计人员多参考建筑形式较为接近的地铁区间隧道防排烟规范，但二者存在区别，区间隧道的防排烟设计方案能否用于一端封堵隧道式停车列检库，需要开展进一步的研究。因此，针对一端封堵隧道式停车列检库开展火灾烟气流动特性研究具有重要的理论意义和应用价值。

2、对于隧道式停车列检库，受制于封堵端的特殊结构，如果采用纵向排烟方式，烟气无法从火源下风侧排出，故工程中最常用的纵向通风系统的可靠性无法保证。相较纵向通风而言，横向通风在理论上是很合理的隧道排烟模式，但它的设计更加复杂，工程造价及后期运营维护成本高，且对于一端封堵隧道来说，火源上游的烟气总量是开敞隧道火源任意一侧的两倍，排烟难度更大，故应用较少。而点式排烟作为横向排烟的简化模式，受隧道结构的局限较低，且在隧道式停车式列检库内具有良好的排烟效果，因此点式排烟在一端封堵隧道中具有良好的应用前景。对于隧道式停车列检库内烟气分布规律的研究，可为火灾工况下人员疏散方案的制定提供参考，并为隧道式停车列检库通风排烟系统的设计、验收与运行提供理论依据与技术支撑。

3、因此，有必要探究一种适用于一端封堵隧道单点式排烟系统的排烟口尺寸和排烟风速的确定方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种一端封堵隧道单点式排烟系统的排烟口尺寸和排烟风速的确定方法，以解决现有技术中存在的问题。

2、为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种一端封堵隧道单点式排烟系统的排烟口尺寸和排烟风速的确定方法，包括以下步骤：

3、1)搭建隧道火灾试验平台。所述隧道火灾试验平台包括隧道主体、排烟通道、燃烧火源和数据采集装置。所述隧道主体为一端封堵隧道缩尺模型。所述隧道主体为一端敞口且一端封闭的中空管状结构。所述隧道主体靠近封堵端一侧的顶部设置有开启程度可调节的排烟口。所述排烟通道的入口端通过排烟口与隧道主体连通，出口端设置有排烟风机。所述燃烧火源包括盛放在燃料盘内的燃料。所述燃烧火源布置在隧道主体内。所述燃烧火源位于封堵端和排烟口之间。所述数据采集装置包括温度采集系统、承重测量系统和视频记录系统。所述温度采集系统包括布置在隧道主体顶板上的第一热电偶串，以及悬挂在隧道主体内的第二热电偶串和第三热电偶串。所述第二热电偶串和第三热电偶串位于火源上游。所述第一热电偶串包括沿隧道长度方向间隔布置的多个热电偶。所述承重测量系统设置在燃烧火源下方。所述视频记录系统布置在隧道主体开敞端外。

4、2)在隧道主体中设置不同的火灾条件。所述温度采集系统用于实现对隧道主体内部空间竖向烟气温度和沿隧道模型顶板烟气温度的实时测量记录。对烟气温度数据进行处理，得到不同工况下隧道顶板下方纵向温度衰减规律和烟气回流长度。所述承重测量系统对随时间变化燃烧火源的燃料质量的实时测量。所述视频记录系统实时记录火灾模拟实验的状态以及通风排烟过程中烟气运动的流场特征。

5、3)建立理想状态的一端封堵隧道火灾场景下诱导风速vin的关系式。

6、4)根据步骤3)模拟结果，绘制无量纲纵向蔓延长度和诱导风速vin的关系散点图。

7、5)对步骤4)得到的散点图的散点结果进行数据拟合，得到烟气无量纲纵向蔓延长度计算式。

8、

9、式中，lex为纵向蔓延长度，hht为隧道水力高度，δtex为排烟口正下方隧道顶棚温升，hef为隧道的有效高度，ht为隧道高度，ρa为空气密度，cp为空气比热容，ta为环境温度。

10、6)在无量纲烟气纵向蔓延长度的合理区间内，选择一端封堵隧道的排烟口直径和风速。

11、进一步，所述轴流风机连接有调频器，以对轴流风机的风量进行调整。

12、进一步，所述燃烧火源的燃料为液体燃料。

13、进一步，所述承重测量装置为电子天平。

14、进一步，所述视频记录系统包括视频记录仪和激光发射器。所述激光发射器用于向隧道主体内发射片状激光以清晰显示通风排烟过程中烟气运动的流场特征。视频记录仪用于实时记录火灾模拟实验的状态以及通风排烟过程中烟气运动的流场特征。

15、进一步，步骤3)中，诱导风速vin的关系式为：

16、

17、式中，aout为排烟口尺寸，at为隧道横截面面积。

18、步骤6)中，令无量纲诱导风速在得出诱导风速的最小值或最大值后，通过计算式确定排烟口尺寸和排烟风速。

19、进一步，令无量纲等效热释放速率在无量纲火源热释放速率一定时，可得出诱导风速的最小值。

20、进一步，当烟气纵向蔓延长度限值存在最小值时，可计算出诱导风速的最大值。

21、本发明的技术效果是毋庸置疑的：

22、a.通过观察纵向蔓延长度随着诱导风速变化的趋势，在保证合理的纵向蔓延长度的前提下选择最适合的vin，从而为排烟方案的制定提供参考；

23、b.烟气无量纲纵向蔓延长度对高效利用隧道排烟能力产生极大的影响，通过预测计算烟气无量纲纵向蔓延长度能够为隧道的消防提供指导；

24、c.在考量经济因素的同时，可得到点式排烟系统的最佳排烟口尺寸和排烟风速，使得系统可以满足排烟需求。

技术特征：

1.一种一端封堵隧道单点式排烟系统的排烟口尺寸和排烟风速的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种一端封堵隧道单点式排烟系统的排烟口尺寸和排烟风速的确定方法，其特征在于：所述轴流风机连接有调频器，以对轴流风机的风量进行调整。

3.根据权利要求1所述的一种一端封堵隧道单点式排烟系统的排烟口尺寸和排烟风速的确定方法，其特征在于：所述燃烧火源(3)的燃料为液体燃料。

4.根据权利要求1所述的一种一端封堵隧道单点式排烟系统的排烟口尺寸和排烟风速的确定方法，其特征在于：所述承重测量装置(7)为电子天平。

5.根据权利要求1所述的一种一端封堵隧道单点式排烟系统的排烟口尺寸和排烟风速的确定方法，其特征在于：所述视频记录系统(8)包括视频记录仪和激光发射器；所述激光发射器用于向隧道主体(1)内发射片状激光以清晰显示通风排烟过程中烟气运动的流场特征；视频记录仪用于实时记录火灾模拟实验的状态以及通风排烟过程中烟气运动的流场特征。

6.根据权利要求1所述的一种一端封堵隧道单点式排烟系统的排烟口尺寸和排烟风速的确定方法，其特征在于：步骤3)中，诱导风速vin的关系式为：

7.根据权利要求6所述的一种一端封堵隧道单点式排烟系统的排烟口尺寸和排烟风速的确定方法，其特征在于：令无量纲等效热释放速率在无量纲火源热释放速率一定时，可得出诱导风速的最小值。

8.根据权利要求1所述的一种一端封堵隧道单点式排烟系统的排烟口尺寸和排烟风速的确定方法，其特征在于：当烟气纵向蔓延长度限值存在最小值时，可计算出诱导风速的最大值。

技术总结
发明提供一种一端封堵隧道单点式排烟系统的排烟口尺寸和排烟风速的确定方法。该方法包括搭建隧道火灾试验平台、在隧道主体中设置不同的火灾条件、对散点结果进行数据拟合得到烟气无量纲纵向蔓延长度计算式等步骤。通过计算式，在确定的烟气的纵向蔓延长度的范围内，可以计算出排烟口尺寸和排烟风速的范围，从而为一端封堵隧道单点式排烟口尺寸选取与排烟风速的选择提供参考。

技术研发人员：翁庙成,王孟阳,谢今,熊康,陈信宇
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13