隧道火灾的混合通风研究文献综述

 2021-11-07 22:28:34

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文献综述

二十一世纪是隧道工程发展和大力开发利用地下空间的时代。目前,隧道工程已在全世界范围内,特别是我国取得举世瞩目的成就。

在取得隧道工程建设的瞩目成就,为交通和生活带来便利的同时,由于交通流量逐年增长、危险品运输逐年增多、隧道数量的日益增多及其长度的逐年增长、车辆行驶速度的加快、恐怖主义的发展日趋严重,使得公路隧道火灾频频发生,并正呈逐渐增长之势。

鉴于隧道火灾的严重后果,在国外,以日本、美国、英国以及欧盟为主。从二十世纪六十年代变开始了隧道火灾及相关问题的研究。

众多研究表明,公路隧道火灾中产生的浓烟和高温是造成人员伤亡的主要原因。一般认为,在火灾下,当一氧化碳气体含量升高到0.5%,或热烟温度超过43℃,或空气中的氧含量低于18%时,隧道内的人员就会有生命危险。隧道火灾时,通常是启动隧道火灾通风系统进行通风排烟,它是抑制火灾烟气扩散,减小火灾危害最重要的手段之一,长期以来,在公路隧道建设中,面临的首要问题便是隧道的通风问题。

当前,如何保证隧道在正常运营时的经济通风及火灾时的安全通风,并如何将两者较好的协调统一,已引起世界消防科研界的广泛关注,国内外的许多学者也已经对此开展大量研究,并取得了一定的进展,但到目前为止,国内外的相关研究还不足以为各种隧道的火灾通风设计及安全救援疏散提供统一有效的指导。如在我国,虽然交通部制定了《公路隧道通风照明设计规范》,但由于对标准的理解、应用、参数选取以及对环保、安全、系统可靠性要求等方面的考虑不同,从而使得设计方案相差很大,可能存在不同甚至相反的意见或争议,这必然对隧道火灾安全造成不利的影响。

国外研究现状

国外对公路隧道火灾的研究起步较早,成立了许多从事隧道火灾研究的大型组织及机构,如国际隧道协会ITA,国际道路协会PIARC等等,这些珠子及研究机构站在了当今隧道火灾研究相关领域的最前沿。

到目前为止,国外所进行的活在实验一般是以在废弃隧道和寿命期内隧道进行实验为主,而小尺寸模型试验相对较少。虽然大量的实验研究为隧道防灾技术的发展提供了宝贵而可靠的资料,但是实验研究都需要耗费大量的人力物力,而且一定尺寸的模型实验结果并不能代表其就一定适用于所有的隧道。

随着计算机技术及计算数学的发展,出现了计算流体学、计算传热学以及计算燃烧学等一批新兴学科分支,正式由于这些相关学科的快速发展,自20世纪80年代,越来越多的人开始致力于火灾的数值模拟研究,使得计算机模拟研究成为火灾研究的重要手段之一,早在1983年,Rrandeis.J和Bergmann.D.J就采用了二维数值模拟的方法对各种火灾通风方案进行对比研究,此后,世界许多国家都将数值模拟方法应用于隧道火灾研究的各个方面,并取得了许多成果。

国内研究现状

相对国外在隧道火灾方面较为系统深入的研究而言,我国对此进行的研究较少,而且也不成系统。在实验模拟研究方面,主要以在实验室进行的模拟实验为主,而全尺寸隧道实验很少,在数值模拟方面,则主要是使用CFD等通用场模拟软件进行数值计算,或者以国外软件为基础开发新程序,研究火灾烟气流动。 与隧道火灾的实验研究相比,国内在隧道火灾的数值模拟研究方面明显较多,许多科研院所如西南交通大学,清华大学,中国科技技术大学,长安大学,北京工业研究大学以及广州大学等都对此进行了较为深入的研究,部分典型的相关研究如下:

1.增巧玲、赵成刚和梅志荣应用了一种分析火灾时隧道三维瞬态温度场的半解析有限元法,它在一维方向上采用了三角级数,另两维方向采用了常规的插值函数,将三维问题转化为二维数值计算问题,并与试验结果进行了比较分析,为了解隧道内外火灾温度场分布和传递规律奠定了一定的基础,其计算方法和成果对我国隧道火灾后衬砌结构的评估具有指导意义。

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