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        鐵路隧道橫通道臨界風(fēng)速研究

        2017-04-09 11:49:08姜學(xué)鵬張劍高
        中國(guó)鐵道科學(xué) 2017年4期
        關(guān)鍵詞:風(fēng)速煙氣

        姜學(xué)鵬,張劍高,何 超,王 潔

        (1.武漢科技大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 武漢 430081;2.武漢科技大學(xué) 消防安全技術(shù)研究所,湖北 武漢 430081)

        橫通道是指2條單線鐵路隧道之間設(shè)置的互為連通、用來疏散旅客的通道。當(dāng)鐵路隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí),人員經(jīng)橫通道疏散至非事故隧道避難[1]。為保證疏散安全,需對(duì)橫通道進(jìn)行送風(fēng)防煙,其中恰好能抑制煙氣侵入橫通道的風(fēng)速稱為橫通道的臨界風(fēng)速[2]。

        部分學(xué)者對(duì)隧道橫通道臨界風(fēng)速進(jìn)行了研究。Tarada[2-3]建議韓國(guó)Young Don鐵路隧道中橫通道門洞處的風(fēng)速至少為2 m·s-1,認(rèn)為橫通道臨界風(fēng)速與隧道縱向風(fēng)速、橫通道防火門尺寸有關(guān),并基于臨界Froude數(shù)為4.5的思路提出了計(jì)算橫通道臨界風(fēng)速的方法;Li[4]通過1/20的縮尺寸模型試驗(yàn)建立了以隧道高度為隧道斷面特征尺寸的橫通道臨界風(fēng)速計(jì)算公式。上述研究均默認(rèn)橫通道垂直于隧道,且均考慮隧道無(wú)列車停駛情況,而忽略橫通道與隧道夾角及列車阻塞對(duì)橫通道臨界風(fēng)速的影響,將隧道高度作為特征尺寸僅適用于矩形隧道,不具有普適性。

        本文針對(duì)鐵路隧道列車火災(zāi),根據(jù)π定理,推導(dǎo)無(wú)量綱橫通道臨界風(fēng)速與隧道縱向風(fēng)速、火源熱釋放速率、橫通道防火門的高度及寬度、橫通道與隧道夾角這5個(gè)影響參數(shù)的量綱關(guān)系式。采用數(shù)值模擬方法研究這5個(gè)影響參數(shù)與橫通道臨界風(fēng)速之間的量化關(guān)系,進(jìn)而提出以隧道水利直徑為特征尺寸的鐵路隧道橫通道臨界風(fēng)速的無(wú)量綱計(jì)算公式。

        1 橫通道臨界風(fēng)速的量綱分析

        影響鐵路橫通道臨界風(fēng)速vcc的因素有[5-6]:隧道縱向風(fēng)速vt、火災(zāi)熱釋放率Q、空氣密度ρ0、空氣定壓比熱cp、空氣溫度T0、重力加速度g、隧道水利直徑HD、橫通道防火門的高度Hb及寬度W、橫通道與隧道夾角θ。鐵路隧道及橫通道的坡度[7]一般不超過3%,故忽略坡度的影響,則可列出如下關(guān)系式為

        f(vcc,Q,vt,ρ0,cp,T0,g,HD,Hb,W,θ)=0

        (1)

        [M],[t],[L],[T]為4個(gè)基本量綱,上述11個(gè)物理量均可由該基本量綱表示,式(1)所對(duì)應(yīng)的量綱公式為

        f(Lt-1,ML2t-3,Lt-1,ML-3,T,L2t-2T-1,

        Lt-2,L,L,L,1)=0

        (2)

        選取HD,vt,ρ0,T0為基本物理量,根據(jù)π定理[8],式(1)可變?yōu)?/p>

        f(π1,π2,π3,π4,π5,π6,π7)=0

        (3)

        其中,

        通過量綱方程求解可得下列7個(gè)無(wú)量綱項(xiàng),分別為

        (4)

        則式(3)可變?yōu)?/p>

        (5)

        根據(jù)相似理論的規(guī)則,式(6)可變?yōu)?/p>

        (6)

        則式(6)可化為

        (7)

        θ*=θ

        將式(7)寫成函數(shù)形式,則得

        (8)

        式中:k1,k2,k3,k4,k5和k6均為系數(shù)。

        2 數(shù)值建模及網(wǎng)格敏感性分析

        2.1 數(shù)值模型及相關(guān)參數(shù)

        以拱形斷面隧道為例建立數(shù)值模型,采用FDS(Fire Dynamics Simulator)軟件進(jìn)行仿真模擬。隧道模型的長(zhǎng)×寬×高為700.0 m×7.0 m×7.5 m,如圖1所示;隧道橫通道與隧道的夾角為90°;在橫通道入口2.0 m處設(shè)有矩形防火門,防火門的寬×高為3.0 m×3.0 m;火源熱釋放率為20 MW,火源位于整列列車縱向中心點(diǎn)的車廂底部,距橫通道20.0 m處;橫通道的斷面尺寸等效為與防火門相同的斷面尺寸;隧道的縱向風(fēng)速為1 m·s-1;列車模型的長(zhǎng)×寬×高為213.0 m×3.0 m×3.5 m。

        圖1 隧道模型示意圖(單位:m)

        2.2 網(wǎng)格敏感性分析

        網(wǎng)格尺寸直接影響著FDS計(jì)算的精度和效率。文獻(xiàn)[9]研究表明,在火災(zāi)特征直徑D*≤0.1 m的情況下,F(xiàn)DS能夠?qū)馂?zāi)煙氣流動(dòng)做出較精確的模擬;文獻(xiàn)[10]研究認(rèn)為,火源區(qū)對(duì)于網(wǎng)格密度最為敏感,加密火源區(qū)可以在控制計(jì)算時(shí)間的同時(shí)有效提高計(jì)算精度?;馂?zāi)特征直徑D*的計(jì)算公式為[11]

        (9)

        將火源至橫通道附近區(qū)域視為重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域,其余區(qū)域則為非重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域;將重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域的網(wǎng)格比非重點(diǎn)區(qū)域的網(wǎng)格加密1倍,由此建立的隧道模型的三維網(wǎng)格圖,如圖2所示。為了確定最佳的網(wǎng)格尺寸,取5種不同的網(wǎng)格尺寸作為5種工況(見表1),分別模擬計(jì)算不同工況下防火門門前1 m處豎向空間的溫度分布,結(jié)果如圖3所示。由圖3可見:隨著網(wǎng)格的加密,模擬計(jì)算結(jié)果之間的差異越來越小,當(dāng)重點(diǎn)區(qū)域網(wǎng)格尺寸加密至0.067D*時(shí),模擬結(jié)果已經(jīng)與0.005D*時(shí)的基本一致。同時(shí),考慮到網(wǎng)格越密,需要的模擬計(jì)算時(shí)間就越長(zhǎng),因此,綜合考慮精度和效率,選取重點(diǎn)區(qū)域的網(wǎng)格尺寸為0.067D*,非重點(diǎn)區(qū)域的網(wǎng)格尺寸為0.133D*。

        圖2 隧道模型的三維網(wǎng)格圖

        圖3 防火門附近豎向溫度分布

        工況網(wǎng)格尺寸重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域非重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域10.0500D*0.1000D*20.0667D*0.1333D*30.0833D*0.1667D*40.1000D*0.2000D*50.2000D*0.4000D*

        采用該網(wǎng)格模型和網(wǎng)格尺寸,針對(duì)文獻(xiàn)[4]中的試驗(yàn)條件數(shù)值模擬計(jì)算橫通道臨界風(fēng)速,并將該模擬值與文獻(xiàn)[4]的試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果見表2,以驗(yàn)證該網(wǎng)格尺寸的合理性。由表2可知:試驗(yàn)值與模擬值的誤差在1.69%~5.53%之間,模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好,表明設(shè)置的該網(wǎng)格尺寸適用于橫通道臨界風(fēng)速的模擬計(jì)算,且有較高的可靠性。因此,確定采用該網(wǎng)格尺寸進(jìn)行數(shù)值模擬。

        表2 數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果[4]對(duì)比

        2.3 橫通道臨界風(fēng)速確定方法

        采用直接觀測(cè)法和逆流長(zhǎng)度外推法綜合判定橫通道臨界風(fēng)速。直接觀測(cè)法:根據(jù)模擬時(shí)橫通道內(nèi)煙氣的蔓延情況,首先以0.1 m·s-1的風(fēng)速間隔不斷加大橫通道送風(fēng)風(fēng)速v2,當(dāng)煙氣逆流長(zhǎng)度接近0 m時(shí)再以0.01 m·s-1的風(fēng)速間隔不斷加大風(fēng)速v2,直至肉眼觀察煙氣恰好不侵入防火門,將此時(shí)的送風(fēng)風(fēng)速v2確定為橫通道臨界風(fēng)速,具體操作步驟如圖4所示。逆流長(zhǎng)度外推法:通過橫通道頂板設(shè)置的溫度測(cè)點(diǎn)獲得頂板處溫度分布情況,以得到橫通道內(nèi)煙氣的逆流長(zhǎng)度,根據(jù)逆流長(zhǎng)度外推可得逆流長(zhǎng)度為0 m時(shí)的橫通道送風(fēng)風(fēng)速v2,即

        圖4 直接觀測(cè)法

        橫通道臨界風(fēng)速,逆流長(zhǎng)度外推法如圖5所示。為減小模擬計(jì)算的誤差,橫通道臨界風(fēng)速取以上2種方法所得結(jié)果的平均值。

        圖5 逆流長(zhǎng)度外推法

        3 數(shù)值模擬結(jié)果與分析

        3.1 隧道縱向風(fēng)速vt的影響

        圖6 無(wú)量綱隧道縱向風(fēng)速與無(wú)量綱橫通道臨界風(fēng)速的關(guān)系

        3.2 火源熱釋放率Q的影響

        在隧道縱向風(fēng)速為1.0和1.5 m·s-1時(shí),不同無(wú)量綱火源熱釋放率對(duì)無(wú)量綱橫通道臨界風(fēng)速影響的模擬結(jié)果如圖7所示。由圖7可知:隨著火源熱釋放率的增大,橫通道臨界風(fēng)速逐漸增大;2條擬合曲線均為1/3次方增長(zhǎng)曲線,相關(guān)系數(shù)分別為0.999 5和0.998 6,表明擬合曲線函數(shù)具有很好的可靠性。這是因?yàn)樵诓桓淖兓鹪次恢眉八淼揽v向風(fēng)速的情況下,火源熱釋放率越大,橫通道防火門處的熱壓也越大,即所需臨界風(fēng)速也越大。由此可得:k3=1/3。

        圖7 無(wú)量綱火源熱釋放率與無(wú)量綱橫通道臨界風(fēng)速的關(guān)系

        3.3 防火門高度Hb的影響

        圖8 無(wú)量綱防火門高度與無(wú)量綱橫通道臨界風(fēng)速的關(guān)系

        3.4 防火門寬度W的影響

        在火源熱釋放率為10和20 MW時(shí),不同防火門寬度對(duì)橫通道臨界風(fēng)速影響的模擬結(jié)果如圖9所示。由圖9可得:無(wú)量綱橫通道臨界風(fēng)速不隨無(wú)量綱防火門寬度的變化而變化。這是因?yàn)闊煔馇秩霗M通道的驅(qū)動(dòng)力主要是煙氣的熱壓和動(dòng)壓,在橫通道與隧道夾角及其他因素一定的情況下,動(dòng)壓也為一定值,而門寬的改變基本不會(huì)使防火門附近的熱壓產(chǎn)生改變,即門寬對(duì)橫通道臨界風(fēng)速基本無(wú)影響。由此可得:k5=0。

        圖9 無(wú)量綱防火門寬度與無(wú)量綱橫通道臨界風(fēng)速的關(guān)系

        3.5 橫通道與隧道夾角θ的影響

        在火源熱釋放率為10和20 MW時(shí),橫通道與隧道不同夾角對(duì)橫通道臨界風(fēng)速影響的模擬結(jié)果如圖10所示。由圖10可知:隨著橫通道與隧道夾角的增加,臨界風(fēng)速逐漸減小;2條擬合曲線均為-3/8次方曲線,其相關(guān)系數(shù)分別為0.990 3和0.987 8。這是由于隨著夾角的增大,煙氣侵入橫通道的動(dòng)壓不斷減小,從而導(dǎo)致抑制煙氣侵入的風(fēng)速也會(huì)隨之減小,即橫通道臨界風(fēng)速變小。由此可得:k6=-3/8。

        圖10 無(wú)量綱夾角與無(wú)量綱橫通道臨界風(fēng)速的關(guān)系

        3.6 量綱公式的確定

        根據(jù)上述分析可知,k2,k3,k4,k5,k6分別為3/7(或-3/40),1/3,7/10,0,-3/8。則式(8)可轉(zhuǎn)化為

        (10)

        (11)

        圖11 橫通道臨界風(fēng)速模擬結(jié)果

        3.7 公式對(duì)比

        為驗(yàn)證式(11)的可靠性,在參照本文計(jì)算參數(shù)和模型設(shè)置的前提下,僅改變火源熱釋放率或防火門高度,將式(11)的計(jì)算結(jié)果、Li公式的計(jì)算結(jié)果[4]和數(shù)值模擬結(jié)果均列于圖12中。由圖12可知:式(11)的計(jì)算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果一致,而Li公式的計(jì)算結(jié)果較式(11)預(yù)測(cè)的結(jié)果偏小。這主要是由于:列車的阻塞作用,使得煙氣層的厚度增大,橫通道防火門處的熱壓也相對(duì)變大,從而需要更大的臨界風(fēng)速來抑制煙氣侵入橫通道;Li公式選用隧道高度作為特征尺寸,在用于一般拱形隧道橫通道臨界風(fēng)速的預(yù)測(cè)時(shí),使得預(yù)測(cè)值偏?。籐i的試驗(yàn)?zāi)P蜑閺?fù)合結(jié)構(gòu)(內(nèi)襯鋼板,外覆混凝土),在實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)存在一定的熱損失,而相較于數(shù)值模擬中設(shè)置為絕熱材料的隧道、列車,在防火門處煙氣的熱壓相對(duì)減小,導(dǎo)致Li公式的預(yù)測(cè)值較小。

        圖12 模型結(jié)果與公式對(duì)比

        4 結(jié) 論

        (1)橫通道臨界風(fēng)速隨隧道縱向風(fēng)速的增大呈現(xiàn)3/7次方增長(zhǎng)關(guān)系,但當(dāng)縱向風(fēng)速超過0.114時(shí),橫通道臨界風(fēng)速隨縱向風(fēng)速的增大而減小,與其呈現(xiàn)-3/40次方關(guān)系;同時(shí),橫通道臨界風(fēng)速與火源熱釋放率呈現(xiàn)1/3次方關(guān)系與橫通道防火門的高度近似成6/5次方關(guān)系,與寬度無(wú)關(guān),與橫通道及隧道之間的夾角成-3/8次方關(guān)系。

        (2)明確了鐵路隧道列車火災(zāi)時(shí)橫通道無(wú)量綱臨界風(fēng)速與5個(gè)無(wú)量綱參數(shù)之間的關(guān)系,建立了以隧道水利直徑為隧道特征長(zhǎng)度的無(wú)量綱橫通道臨界風(fēng)速計(jì)算公式,為橫通道防煙風(fēng)速的確定提供理論支持。

        [1]李琦,王明年,于麗. 長(zhǎng)大鐵路隧道火災(zāi)模式下人員疏散試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué), 2015,36(6):78-84.

        (LI Qi, WANG Mingnian, YU Li. Experimental Study on Evacuation under Fire Mode in Long and Large Railway Tunnel[J]. China Railway Science, 2015,36(6):78-84. in Chinese)

        [2]TARADA F. Critical Velocities for Smoke Control in Tunnel Cross-Passages[C]//Proceedings of the First International Conference on Major Tunnel and Infrastructure Projects. Taiwan: ITC, 2000: 22-24.

        [3]TARADA F, BOPP R, NYFELER S, et al. Ventilation and Risk Control of the Young Dong Rail Tunnel in Korea[C]//International Conference on Major Tunnel and Infrastructure Project. Taiwan: ITC, 2000: 22-24.

        [4]LI Y Z, LEI B, INGASON H. Theoretical and Experimental Study of Critical Velocity for Smoke Control in a Tunnel Cross-Passage[J]. Fire Technology, 2013, 49(2): 435-449.

        [5]李穎臻,雷波. 隧道間聯(lián)絡(luò)通道臨界風(fēng)速模型[J]. 鐵道學(xué)報(bào),2008,30(3):87-90.

        (LI Yingzhen, LEI Bo. Model of Critical Velocity in a Tunnel Cross-Passage[J]. Journal of the China Railway Society, 2008,30(3):87-90.in Chinese)

        [6]姜學(xué)鵬,張劍高,丁玉潔. 隧道阻塞比對(duì)臨界風(fēng)速影響的模型試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué), 2015,36(4):80-86.

        (JIANG Xuepeng, ZHANG Jiangao, DING Yujie. Model Test Study on Effect of Blockage Ratio on Critical Wind Velocity in Tunnel[J]. China Railway Science, 2015,36(4):80-86. in Chinese)

        [7]易思蓉,聶良濤,陳彥恒. 電氣化鐵路隧道最大坡度系數(shù)研究[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué),2013,34(6):42-48.

        (YI Sirong, NIE Liangtao, CHEN Yanheng. Research on the Maximum Gradient Coefficient of Electrified Railway Tunnel[J]. China Railway Science, 2013, 34(6):42-48. in Chinese)

        [8]毛軍,郗艷紅,楊國(guó)偉. 列車編成輛數(shù)對(duì)高速列車橫風(fēng)氣動(dòng)特性影響的數(shù)值分析[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué), 2012,33(1):78-85.

        (MAO Jun, XI Yanhong, YANG Guowei. Numerical Analysis on the Influence of Train Formation on the Aerodynamic Characteristics of High-Speed Trains under Crosswind[J]. China Railway Science, 2012,33(1):78-85. in Chinese)

        [9]WENG M C, LU X L, LIU F, et al. Study on the Critical Velocity in a Sloping Tunnel Fire under Longitudinal Ventilation[J]. Applied Thermal Engineering, 2016, 94: 422-434.

        [10]祝實(shí),霍然,胡隆華,等. 網(wǎng)格劃分及開口處計(jì)算區(qū)域延展對(duì)FDS模擬結(jié)果的影響[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2008,8(4):131-135.

        (ZHU Shi, HUO Ran, HU Longhua, et al. Influence of Mesh Grid and Computational Domain on FDS Simulation[J]. Journal of Safety and Environment, 2008,8(4):131-135. in Chinese)

        [11]LIN C J, CHUAH Y K. A Study on Long Tunnel Smoke Extraction Strategies by Numerical Simulation[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2008, 23(5): 522-530.

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