一种隧道重点排烟口临界大间距范围的设计方法

本发明涉及隧道火灾烟气控制，具体涉及一种隧道重点排烟口临界大间距范围的设计方法。

背景技术：

1、由于隧道具有狭长且封闭的特性，导致隧道相比其他建筑而言，具有独特空间结构和火灾特性。隧道火灾严重威胁着隧道内司乘人员及消防救援者的生命安全，同时隧道火灾还会对隧道结构造成破坏引发二次事故，造成更大的生命财产损失。重点排烟模式在公路隧道中广泛运用，但现行重点排烟模式排烟口间距小个数多漏风量大，导致建设和运营成本较高。因此，在保证人员疏散环境安全前提下，降低隧道建设和运营成本显得极其重要。

2、重点排烟模式是指通过准确地控制排烟风管的排烟阀，利用交通隧道火灾事故点最近的排烟口组织排烟，极大地提高了排烟系统的排烟效率。大间距是指重点排烟口间距突破常规间距60m的限制，在保证人员疏散环境安全下，及时有效的将火灾烟气排出。

3、现阶段规范和实际隧道工程中，大多采用的是排烟口间距不超过60m的常规重点排烟控制模式，存在间距小成本高、排烟口个数多漏风严重等不足。为了降低隧道建设和运营成本，探求在保证人员疏散环境安全前提下，突破60m排烟口间距限制，理论分析研究临界排烟口大间距范围，为隧道重点排烟火灾烟气控制及人员疏散安全提供理论支撑。

技术实现思路

1、为了解决背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种隧道重点排烟口临界大间距范围的设计方法，对一些长度较长、建设成本较大的隧道，可采取本发明所提供的临界大间距范围的计算方法进行排烟系统设计计算，与常规排烟口间距比较，本发明所述的排烟口大间距范围更优，在保证人员疏散环境安全前提下，能够降低隧道建设和运营成本。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种隧道重点排烟口临界大间距范围的设计方法，包括以下步骤：

3、步骤1、确定能保证人员疏散环境安全的条件下的，隧道内烟气允许高度，根据隧道设计尺寸，获得烟气层允许厚度hl＝hl*；

4、步骤2、根据烟气层厚度与火源距离的关系式和隧道尺寸计算在隧道内无排烟作用，火灾烟气自由蔓延的条件下，烟气层厚度为hl处离火源距离l，将2l作为重点排烟口最小临界大间距d1；

5、步骤3、根据烟气层厚度与火源距离的关系式和隧道尺寸及火源功率计算在隧道内有重点排烟作用，火灾烟气受到排烟抽吸力蔓延的条件下，烟气层厚度hl*处离火源距离l*，将2l*作为重点排烟口最大临界大间距d2；

6、步骤4、得到隧道重点排烟口临界大间距范围d，d1≤d≤d2。

7、所述的隧道重点排烟口临界大间距范围的设计方法，所述步骤1中，保证人员疏散环境安全的条件为：

8、隧道内烟气允许高度处能见度应满足vz≥10m、温度应满足tz≤60℃，隧道内烟气允许高度为2m。

9、所述的隧道重点排烟口临界大间距范围的设计方法，所述步骤2中，烟气层厚度与火源距离的关系式为：

10、

11、式中，烟气层厚度hl＝(h-2)，d1表示重点排烟口最小临界大间距，l表示自由蔓延时离火源距离，w表示隧道宽度，h表示隧道高度。

12、可选地，所述步骤2中，当火灾烟气自由蔓延时，离火源距离l为：

13、

14、式中，l表示自由蔓延时离火源距离，b表示自由蔓延时温度衰减系数，hl表示自由蔓延时烟气层厚度，如图1所示，w表示隧道宽度，ρa表示环境温度下空气密度，ta表示环境温度，tl表示自由蔓延时离火源距离l处烟气温度，g表示重力加速度，β表示烟气卷吸系数，h0表示火源附近烟气层厚度，γ表示质量流率衰减系数，h表示隧道高度。

15、所述步骤3中，烟气层厚度与火源距离的关系式为：

16、

17、式中，烟气层厚度hl＝(h-2)，d2表示重点排烟口最大临界大间距，l*表示有重点排烟作用时离火源距离，w表示隧道宽度，h表示隧道高度,q表示火源功率。

18、可选地，所述步骤3中，当有重点排烟作用时，离火源距离l*为：

19、

20、式中，l*表示有重点排烟作用时离火源距离，b′表示有重点排烟作用时温度衰减系数，hl*表示有重点排烟作用时烟气层厚度，如图2所示，w表示隧道宽度，ρa表示环境温度下空气密度，ta表示环境温度，tl*表示有重点排烟作用时离火源距离l*处烟气温度，g表示重力加速度，β表示烟气卷吸系数，h0表示火源附近烟气层厚度，γ表示质量流率衰减系数，h表示隧道高度,q表示火源功率，te表示排烟口温度，ve表示排烟量。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明计算方法简单，验证对比方式合理，可根据不同隧道尺寸快速得到重点排烟口临界大间距范围，可采取本发明所提供的临界大间距范围的计算方法进行排烟系统设计计算，适用于采用重点排烟方式的不同尺寸隧道。本方法通过理论分析，得到隧道重点排烟口临界大间距范围，再与数值模拟计算结果进行对比，验证理论计算公式的准确性，突出隧道重点排烟口临界大间距范围计算方法的实际适用性，计算得到的结果具创新性和实际工程意义，为隧道重点排烟火灾烟气控制及人员疏散安全提供理论支撑。

22、附图表说明

23、此处所说明的附图表用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图表中：

24、图1为本发明隧道内自由蔓延烟气发展示意图；

25、图2为本发明隧道内重点排烟作用下烟气发展示意图；

26、图3为本发明建立的隧道模型示意图；

27、表1为本发明不同隧道参数下工况表；

28、表2为本发明不同参数下排烟口临界大间距范围；

技术特征：

1.一种隧道重点排烟口临界大间距范围的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的隧道重点排烟口临界大间距范围的设计方法，其特征在于，所述步骤1中，保证人员疏散环境安全的条件为：

3.根据权利要求1所述的隧道重点排烟口临界大间距范围的设计方法，其特征在于，所述步骤2中，烟气层厚度与火源距离的关系式为：

4.根据权利要求1所述的隧道重点排烟口临界大间距范围的设计方法，其特征在于，所述步骤3中，烟气层厚度与火源距离的关系式为：

技术总结
本发明公开了一种隧道重点排烟口临界大间距范围的设计方法，包括：步骤1、确定烟气层安全厚度，步骤2、当隧道内无排烟作用，火灾烟气自由蔓延时，已知烟气层厚度h<subgt;L</subgt;，推导计算得到此处离火源距离L；步骤3、当隧道内有重点排烟作用，火灾烟气受到排烟抽吸力蔓延时，已知烟气层厚度h<subgt;L*</subgt;，推导计算得到此处离火源距离L<supgt;*</supgt;；步骤4、确定重点排烟口最小临界大间距D<subgt;1</subgt;、最大临界大间距D<subgt;2</subgt;，得到隧道重点排烟口临界大间距范围。本发明计算方法简单，能够根据不同隧道尺寸快速得到重点排烟口临界大间距范围，具有更好的实际适用性，为隧道重点排烟火灾烟气控制及人员疏散安全提供理论支撑。

技术研发人员：姜学鹏,张子迪,刘琪
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14