一种单洞双线隧道中的端部临界送风风速的方法与流程

本发明涉及隧道火灾烟气控制,具体涉及一种单洞双线隧道中的端部临界送风风速的方法。

背景技术：

1、火灾是隧道运营的最大风险之一，一旦发生火灾，烟气无法及时排出，极易造成人员窒息或中毒，造成群死群伤的重大灾害性事故。大多隧道采用纵向通风排烟方式，将烟气控制在一定范围内从而保证人员疏散与救援。隧道火灾场景下受限风速uc的定义：烟气逆流长度对变动的排烟口流速不敏感时对应的最小纵向诱导风速称为受限风速uc，烟气逆流长度指火源在隧道行进方向上与排烟口的距离，受限风速uc是保障烟气逆流长度不因排烟口流速降低而增加的纵向诱导风的合适风速，是控制烟气不扩散蔓延的控制指标。目前的研究主要探索了临界风速的计算方法，临界风速是刚好使烟气逆流长度为零的纵向风速，可确保火源上游没有烟气，临界风速理论上大于受限风速。较多学者对火源功率、位置、烟气逆流长度以及隧道结构等因素对临界风速的影响。

2、但随着轨道交通隧道建设朝长区间、大断面发展，设中隔墙的单洞双线隧道日益增多。通常在中隔墙等间距设置防火门，人员疏散时开启的防火门存在气流从火灾隧道往非火灾隧道分流的情况，导致实际的临界送风风速减弱，对人员疏散安全造成影响。目前有现有技术“熊慧萍,帅小根,张宁洁,等.基于fds和pathfinder的建筑子母式防火门火灾安全疏散模拟研究[j].安全与环境工程,2023,30(2):61-67”对防火门的疏散性能进行研究，但对单洞双线轨道交通隧道火灾疏散时，火源上游防火门开启产生分流的端部纵向通风风速研究匮乏。

技术实现思路

1、本发明旨在通过理论分析和数值模拟的方法对设置中隔墙的单洞双线隧道火灾疏散时，研究火源和送风端之间的防火门数量，火源热释放速率、隧道高度对防火门分流量的影响，进而得到对端部临界送风风速的影响。可为该类轨道交通隧道通风和烟气控制提供科学依据和技术支持。

2、本发明提供一种单洞双线隧道中的端部临界送风风速的方法：在隧道高度一定的条件下基于防火门开启数量，基于热释放速率、隧道高度对防火门分流量的影响，得到对端部临界送风风速的最优策略，降低防火门气流从火灾隧道往非火灾隧道分流导致实际的临界送风风速减弱的影响，实现实现烟气控制、人员疏散的最优方案。

3、一种单洞双线隧道中的端部临界送风风速的方法，用于在隧道高度h一定的条件下，从火源上游向隧道内的火源方向送风时，根据端部临界送风模型：调节端部临界送风风速率，其中，n为送风风机与火源之间的防火门的数量，qv为所述火源的热释放速率，vc为临界风速，vs为端部临界送风风速，a为隧道净横截面积。

4、所述临界风速vc的计算方法为：

5、

6、

7、其中：vc-临界风速，单位m/s；g-重力加速度，单位m/s2；h-隧道高度，单位m；q-火灾的发热量，单位w；ρ-周围空气密度，单位kg/m3；cp-在固定压力下的空气比热，单位j/kg·k；a-隧道净横截面积，单位m2；tf-热空气的温度，单位k；kg-坡度修正系数；t∞-周围空气温度，单位k。

8、所述火源的热释放速率qv的测量方法为：基于火灾传感器在单位时间内δt的热排放量q计算得到：

9、qv＝q/δt。

10、所述端部临界送风模型通过以下步骤得到：

11、s1：基于火源上游开启的n个防火门，建立连续性能量守恒方程：

12、ρ0vsa＝ρ0vd1ad+ρ0vd2ad+…+ρ０vdnad０+ρ0vca  (1)；

13、(mcpt)0＝(mcpt)1+(mcpt)2+…+(mcpt)n+(mcpt)f  (2)；

14、s2：将公式(2)代入公式(1)得到：

15、ρ0vsacpt0＝ρ0vd1adcpt0+ρ0vd2adcpt0+…+ρ0vdnadcpt0+ρ0vcacpt0  (3)；

16、

17、由连续性能量守恒方程得到其中，vdi-火源上游门开启时，第i个防火门的风速(m/s)；a-隧道截面面积(m2)；ad-防火门截面面积(m2)；n-火源上游开启的防火门数量；ldi-火源上游门开启时，第i个防火门的分流量(m3/s)；ln-火源上游开启n个防火门的总分流量(m3/s)；

18、s3：基于不同热释放速率qv下，防火门分流总量ln(qv)与防火门开启数量n建立线性增长关系，对不同防火门开启数量与总分流量进行拟合，得到拟合方程：

19、ln(qv)＝b1n  (5);

20、s4：基于在不同热释放速率qv下总分流量与防火门开启数量n的预测公式(5)，将不同热释放速率与斜率b1值进行拟合，得到拟合方程：

21、b1＝6.84qv0.3  (6)；

22、s5：联立式(5)、(6)得到在防火门开启数量不同时，在隧道高度h一定的条件下受热释放速率qv影响的总分流量数学表达式：

23、ln(qv)＝6.84qv0.3n  (7)；

24、s6：以ln(qv)为横坐标，基于防火门分流总量ln(qv，h)与ln(qv)呈线性递增关系建立得到多因素(n，qv，h)影响的隧道总分流量数学关系式ln(qv，h)的线性拟合方程：

25、ln(qv，h)＝b26.84qv0.3n  (8)；

26、防火门分流总量ln(qv，h)与ln(qv)呈线性递增关系，斜率b2＝0.92，截距为0时，其线性拟合相关系数大于0.99，将b2值代入式(8)得到与防火门开启数量、热释放速率、隧道高度相关的隧道总分流量数学关系式(9)：

27、ln(qv，h)＝6.3qv0.3n  (9)。

28、采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：在实际生活中，火灾刚好发生在纵向送风口前端的概率很小，多数为纵向送风口与火源距离n个防火门。火灾发生时，人员由火源上游邻近防火门进入非火灾隧道的疏散过程中防火门呈开启状态，使得部分风流经开启的防火门流出火灾隧道。为有效防止烟气逆流，实际控制烟气的风速要达到临界送风风速。因此纵向送风口前端的风速即端部临界送风风速要考虑火源上游开启防火门的影响。对于一个隧道防火门的间距s、隧道h的高度都是固定的，基于理论实现不同防火门个数n和不同热释放速率下的端部临界送风方案的广泛应用。

技术特征：

1.一种单洞双线隧道中的端部临界送风风速的方法，其特征在于，在隧道高度h在5.5m-9.5m之间，从火源上游向隧道内的火源方向送风时，根据端部临界送风模型：调节端部临界送风风速率，其中，n为送风风机与火源之间的防火门的数量，qv为所述火源的热释放速率，vc为临界风速,vs为端部临界送风风速，a为隧道净横截面积。

2.根据权利要求1所述的单洞双线隧道中的端部临界送风风速的方法，其特征在于，所述临界风速vc的计算方法为：

3.根据权利要求1所述的单洞双线隧道中的端部临界送风风速的方法，其特征在于，所述火源的热释放速率qv的测量方法为：

4.根据权利要求1所述的单洞双线隧道中的端部临界送风风速的方法，其特征在于，所述端部临界送风模型通过以下步骤得到：

技术总结
本发明提供一种单洞双线隧道中的端部临界送风风速的方法:在隧道高度一定的条件下基于防火门开启数量，基于热释放速率、隧道高度对防火门分流量的影响，得到对端部临界送风风速的最优策略,降低防火门气流从火灾隧道往非火灾隧道分流导致实际临界送风风速减弱的影响，实现烟气控制、人员疏散的最优方案。

技术研发人员：孙杰,姜学鹏,刘相华,刘昆明,李晓东
受保护的技术使用者：济南城建集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22