陳祉穎，牛國(guó)慶，王舒夢(mèng)，郭宸瑋

(河南理工大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000)

0 引言

盾構(gòu)隧道因不影響地面交通及河道航運(yùn)，成為現(xiàn)代交通系統(tǒng)的重要組成部分。由于隧道封閉段狹長(zhǎng)，一旦發(fā)生火災(zāi)將導(dǎo)致極具破壞性的后果，其中煙霧和有毒氣體是火災(zāi)中最致命的因素，占火災(zāi)傷亡人數(shù)的85%[1-2]。發(fā)生隧道火災(zāi)時(shí)，隧道通風(fēng)系統(tǒng)主要采用縱向、橫向或半橫向通風(fēng)方式進(jìn)行排煙[3]。雖然縱向通風(fēng)由于易操作和成本低一直應(yīng)用廣泛，但其會(huì)引起下游煙氣濃度增加且不利于人員疏散；與縱向通風(fēng)模式不同，半橫向通風(fēng)系統(tǒng)雖需要構(gòu)造豎井和煙道，但可以有效消除并減少隧道頂棚附近高溫?zé)煔獾臄U(kuò)散，且煙道的空氣流基本不會(huì)干擾煙層。通常為解決火災(zāi)排煙問題盾構(gòu)隧道會(huì)預(yù)設(shè)排煙風(fēng)道，因此，本文在半橫向排煙的基礎(chǔ)上增設(shè)空氣幕系統(tǒng)，空氣幕可在允許車輛移動(dòng)的同時(shí)限制煙氣流動(dòng)，使1個(gè)或多個(gè)隧道段能夠從空氣動(dòng)力學(xué)角度與外部和彼此隔離[4]，從而做到更安全地疏散。

在煙氣運(yùn)動(dòng)的預(yù)防和控制中，空氣幕在阻止通過無物理屏障的開口進(jìn)行質(zhì)量和熱傳遞方面起著較大的作用[5]。為找出設(shè)計(jì)參數(shù)和條件對(duì)提高防煙效果的貢獻(xiàn)，有必要對(duì)氣幕阻煙性能進(jìn)行分析。Jung等[6]對(duì)隧道空氣幕阻煙性能進(jìn)行研究得出，氣幕射流角度為0°不能阻擋不利氣流，角度20°可有效阻隔煙氣；Luo等[7]通過縮尺實(shí)驗(yàn)和FDS數(shù)值模擬研究空氣幕對(duì)高層建筑火災(zāi)煙氣的抑制效果，結(jié)果表明空氣幕的擋煙效果優(yōu)于擋煙垂壁；Gao等[8]運(yùn)用CFD探討在不同熱釋放速率下，空氣幕寬度、出口速度和角度對(duì)其煙氣約束效果的影響，并提出可用于隧道火災(zāi)空氣幕設(shè)計(jì)參數(shù)與熱釋放率的關(guān)系式；Moureh等[9]基于CFD和實(shí)驗(yàn)分析，研究空氣幕封閉空腔和外部側(cè)向流作用下的空氣動(dòng)力學(xué)行為和有效性。近年來，越來越多的研究將空氣幕與傳統(tǒng)防排煙模式進(jìn)行組合設(shè)置。陳靜等[10]對(duì)地鐵站臺(tái)火災(zāi)的防排煙模式進(jìn)行優(yōu)化研究，結(jié)果表明站臺(tái)排煙與空氣幕的聯(lián)合作用可保證人員6 min的疏散時(shí)間；余明高等[11]運(yùn)用FDS優(yōu)化選擇車廂火災(zāi)的防排煙方式，發(fā)現(xiàn)單獨(dú)空氣幕或機(jī)械排煙的控?zé)熜Чh(yuǎn)不及二者復(fù)合效果；Viegas等[12]通過全尺寸火災(zāi)實(shí)驗(yàn)，研究放熱率、排風(fēng)量、平面射流速度、射流寬度和坡度對(duì)煙氣密性的影響，建立空氣幕的預(yù)測(cè)模型。綜上所述，高效的防排煙措施對(duì)隧道火災(zāi)的防治和人員疏散具有重要意義。

目前空氣幕在隧道內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用較少，法國(guó)巴黎西部地下通道的A86與A13交匯處為其中之一。關(guān)于空氣幕的研究主要針對(duì)地上建筑入口大門、地鐵樓梯口等處，研究?jī)?nèi)容多局限于單一防煙空氣幕作用下的阻煙特性，而普遍忽略機(jī)械排煙對(duì)其阻隔性能的影響，但對(duì)隧道火災(zāi)時(shí)有效的防排煙措施研究甚少。因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，利用FDS數(shù)值模擬軟件，研究射流速度、排煙量和空氣幕與排煙口間距對(duì)隧道火災(zāi)時(shí)空氣幕與機(jī)械排煙復(fù)合作用下煙氣蔓延的影響，優(yōu)化選擇最佳防排煙組合方式，為隧道防排煙設(shè)計(jì)參數(shù)選取提供參考依據(jù)。

1 模擬計(jì)算

1.1 物理模型

本文以武漢三陽路越江隧道盾構(gòu)段為研究對(duì)象，利用FDS對(duì)截取段進(jìn)行數(shù)值構(gòu)建。為簡(jiǎn)化其模型，截取隧道長(zhǎng)160 m，下層行車道橫截面為高×寬等于5.2 m×12 m的矩形，上層排煙道橫截面為高1.8 m的拱形，為便于觀察，將拱形部分隱藏，隧道模型如圖1所示。

圖1 隧道幾何模型Fig.1 Geometric model of tunnel

1.2 模擬計(jì)算條件

參考美國(guó)防火協(xié)會(huì)NFPA502[13]中有關(guān)公路隧道火災(zāi)規(guī)模的設(shè)計(jì)，選取經(jīng)典車輛火災(zāi)規(guī)模的功率為20 MW，火源燃料為庚烷，尺寸為6.2 m×2 m，采用非穩(wěn)態(tài)t2超快速火，火源增長(zhǎng)系數(shù)為0.187 8，火源中心置于隧道地面的橫向中心處。隧道兩端出入口設(shè)置為“Open”表面，排煙口設(shè)為“Exhaust”表面，空氣幕開口設(shè)為速度入口邊界條件，隧道內(nèi)所有的壁面均取絕熱邊界條件。環(huán)境溫度設(shè)為20 ℃，進(jìn)出口大氣壓強(qiáng)為0.101 3 MPa，模擬時(shí)長(zhǎng)取360 s。

1.3 排煙口與空氣幕設(shè)置

空氣幕射流速度、角度及其寬度對(duì)其阻隔性能有較大影響，根據(jù)文獻(xiàn)[6]，空氣幕最佳射流角度為20°，空氣幕寬度0.4 m，因此，本文將空氣幕射流角度及寬度分別設(shè)定為20°與0.4 m。空氣幕安裝在隧道頂部且與隧道同寬，由從長(zhǎng)條形出口吹出的氣流形成，尺寸為12 m×0.4 m?？諝饽簧淞髁魉僭O(shè)置為15～30 m/s。

參考《鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10020—2017)[14]和文獻(xiàn)[15]關(guān)于排煙量的設(shè)置，排煙量取80～120 m3/s。該隧道頂部設(shè)有排煙道，且沿頂隔板中心線每隔60 m均勻布置尺寸為4 m(橫向)×1.5 m(縱向)的電動(dòng)排煙口，相隔空氣幕間均勻設(shè)置2個(gè)排煙口并針對(duì)火源呈對(duì)稱分布。

防排煙系統(tǒng)在火災(zāi)發(fā)生時(shí)立即開啟，為研究空氣幕與機(jī)械排煙復(fù)合作用下對(duì)煙氣流動(dòng)的影響，設(shè)置火災(zāi)模擬工況，見表1，其中，v為空氣幕射流速度，m/s；Vp為排煙量，m3/s；d為空氣幕與排煙口間距(以下稱間距)，m。

表1 火災(zāi)模擬工況設(shè)置Table 1 Setting of fire simulation conditions

1.4 計(jì)算域網(wǎng)格

參照Kevin等相應(yīng)的網(wǎng)格獨(dú)立性測(cè)試實(shí)驗(yàn)可知，火源特征直徑D*與計(jì)算網(wǎng)格尺寸δx的比例在4～16之間時(shí)[16]，可得出合理的求解結(jié)果。其中火源特征直徑計(jì)算如式(2)所示：

(1)

式中:Q為火源熱釋放速率，kW；g為重力加速度，m/s2，取9.8 m/s2；cp為空氣的定壓比熱，kJ/(kg·K)；ρ0為空氣密度，kg/m3；T0為環(huán)境初始溫度，K。

火源熱釋放速率為20 MW時(shí)，計(jì)算可得D*≈3.18 m。綜合考慮計(jì)算結(jié)果以及計(jì)算機(jī)的性能，本文選用0.1D*網(wǎng)格尺寸對(duì)空氣幕附近10 m范圍進(jìn)行加密，其他部分采用0.2D*計(jì)算。

1.5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)與安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置

依據(jù)相關(guān)規(guī)范[14]選取人眼特征高度2 m處煙氣溫度低于60 ℃、可見度高于10 m作為人員安全疏散的標(biāo)準(zhǔn)。

在Z=2，5 m平面，沿隧道中心線均勻布置熱電偶和可見度測(cè)點(diǎn)，間隔1 m；在各排煙口中心點(diǎn)布置CO2質(zhì)量流量測(cè)點(diǎn)；在右排煙口中心及左右兩側(cè)豎直方向分別布置8個(gè)熱電偶，相鄰熱電偶串間距為5 m，并在Y=0平面設(shè)置速度及溫度切片，監(jiān)測(cè)煙氣參數(shù)的變化規(guī)律。

2 模擬計(jì)算結(jié)果分析

以火源位置為原點(diǎn)，隧道左側(cè)距火源的距離用負(fù)值表示，隧道右側(cè)距火源的距離用正值表示。由于煙氣流動(dòng)的非穩(wěn)定性，溫度、可見度選取火源釋熱速率達(dá)到最大值后的330～360 s內(nèi)控?zé)焻^(qū)-80～-20 m段的平均值。

2.1 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1.1 小尺寸實(shí)驗(yàn)

文獻(xiàn)[15]建立武漢越江隧道的排煙實(shí)驗(yàn)，結(jié)果可用于驗(yàn)證本文數(shù)值模擬的可靠性。為保證模型與實(shí)體內(nèi)流體動(dòng)力學(xué)相似，需滿足式(2)～(4)比例關(guān)系[17]：

Qm/Qf=(Lm/Lf)5/2

(2)

Tm/Tf=Lm/Lf

(3)

Vm/Vf=(Lm/Lf)5/2

(4)

式中：Qm，Qf分別為模型隧道與實(shí)體隧道的火源功率，kW；Tm，Tf分別為模型隧道與實(shí)體隧道的煙氣溫度，K；Vm，Vf分別為模型隧道與實(shí)體隧道的排煙量，m3/s；Lm,Lf分別為模型隧道和實(shí)體隧道距火源的距離，m。

為驗(yàn)證FDS模擬軟件在隧道火災(zāi)防排煙模式中的準(zhǔn)確性，設(shè)置V1=80 m3/s，V2=100 m3/s，V3=20 m3/s 3種排煙量。依據(jù)Froude數(shù)相似準(zhǔn)則，數(shù)值模擬全尺寸隧道與小尺寸模型隧道的設(shè)置見表2。

表2 數(shù)值模擬與小尺寸實(shí)驗(yàn)Table 2 Numerical simulation and small scale experiment

2.1.2 驗(yàn)證分析

將對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)煙氣溫度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果如圖2所示。由圖2(a)可知，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值較接近，吻合較好，相對(duì)誤差小于1%；圖2(b)實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有波動(dòng)性，在火源與排煙口之間靠近火源區(qū)域測(cè)點(diǎn)的計(jì)算值略低于實(shí)驗(yàn)值，這可能是由實(shí)驗(yàn)儀器誤差及火源的不穩(wěn)定燃燒造成的，但總體模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較吻合，表明FDS模擬軟件具有較高準(zhǔn)確性，可用于組合煙氣控制方式對(duì)隧道火災(zāi)防排煙的研究。

圖2 FDS模擬與實(shí)驗(yàn)溫度值結(jié)果對(duì)比Fig.2 Comparison on temperature of FDS simulation and experiment

2.2 氣幕與排煙口間距優(yōu)化選擇

理論上，空氣幕封閉空腔射流氣流和排煙外抽氣流作用下的空氣動(dòng)力學(xué)行為相互影響，為驗(yàn)證這一預(yù)想的可靠性及對(duì)防煙效果的影響，建立不同間距的防排煙模擬模型。在距排煙口5～35 m處設(shè)置安全氣幕，對(duì)工況4～9進(jìn)行模擬，得出不同間距下的氣幕射流、溫度和能見度的變化情況。

2.2.1 空氣幕速度流線分析

隧道火災(zāi)時(shí)，僅空氣幕作用、機(jī)械排煙與空氣幕復(fù)合作用下不同間距的空氣幕(左)速度矢量圖如圖3所示。

圖3 空氣幕射流速度矢量圖Fig.3 Vector diagram for jet velocity of air curtain

氣幕穩(wěn)定運(yùn)行的條件必須有足夠的動(dòng)力性能強(qiáng)度來抵抗橫向壓力的破壞，形成1個(gè)穩(wěn)定的連續(xù)氣流來發(fā)揮氣幕的屏障作用，從而阻止隧道內(nèi)火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣向隧道出入口蔓延[18]。圖3(a)顯示在無排煙情況下，空氣幕射流未到達(dá)隧道底板，大量射流流量流向疏散區(qū)。這是由于發(fā)生火災(zāi)時(shí)隨時(shí)間推移煙氣不斷累積，導(dǎo)致控?zé)焻^(qū)內(nèi)壓力增加，使得射流曲線開始彎曲，偏轉(zhuǎn)角改變。由于排煙口的抽吸作用，增加排煙系統(tǒng)會(huì)緩解煙氣的累積效應(yīng)。在火災(zāi)初期，控?zé)焻^(qū)內(nèi)形成負(fù)壓，氣幕向控?zé)焻^(qū)內(nèi)部偏轉(zhuǎn)。由圖3(b)～(d)可知，隨著d的增加，氣幕射流偏轉(zhuǎn)角與路徑差異明顯，d=10 m時(shí)，氣幕受排煙系統(tǒng)作用較強(qiáng)，射流無法到達(dá)地面，偏轉(zhuǎn)角最大；d=20 m時(shí)，射流路徑呈現(xiàn)“S”型，這是由于空氣幕射流擾動(dòng)擠壓周圍的空氣形成漩渦，該間距下形成的渦流更嚴(yán)重，使得射流不穩(wěn)定波動(dòng)較大；d=30 m時(shí)，空氣幕射流到達(dá)地面向兩側(cè)流去，所形成的渦流較少。因此，對(duì)比發(fā)現(xiàn)d=30 m較10，20 m射流更為穩(wěn)定。

2.2.2 煙氣溫度

由于火災(zāi)煙氣關(guān)于火源呈對(duì)稱分布，對(duì)隧道一側(cè)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析即可，繪制不同間距下人體特征高度處溫度變化曲線，如圖4所示。

圖4 控?zé)焻^(qū)人眼高度處橫向溫度變化曲線Fig.4 Change curves of transverse temperature at height of human eye in smoke control zone

由圖4可知，在排煙口附近，均出現(xiàn)最低溫度，在空氣幕處溫度均有一定幅度增長(zhǎng)，這是由于空氣幕間形成相對(duì)密封空間，平面射流阻擋了橫向來流煙氣并使其向下蔓延，高溫?zé)煔鈺?huì)在空氣幕近前方產(chǎn)生累積效應(yīng)而導(dǎo)致其溫度提高。當(dāng)d=10，20，30 m時(shí)(對(duì)應(yīng)工況6～8)空氣幕位置處人眼高度溫度分別為68，71，53 ℃，隨著d的增大控?zé)焻^(qū)溫度先增大后減少，d=20 m時(shí)，控?zé)焻^(qū)溫度最高，防煙效果最差，不可取。對(duì)d=5，35 m(工況5和9)2組工況分別進(jìn)行比較，d=5 m較10 m時(shí)空氣幕處累積溫度有所降低，但控?zé)焻^(qū)平均溫度顯著增加，這是由于空氣幕與排煙口距離過近，大量氣幕的射流冷空氣被卷吸至排煙道，使得排煙效率降低所致。d=30，35 m時(shí)，控?zé)焻^(qū)的累積效應(yīng)得到明顯減弱，溫度波動(dòng)在50 ℃左右，但d的增加對(duì)于控?zé)焻^(qū)溫度改善作用并不明顯。因此空氣幕與排煙口間距不可過小，過小則氣幕射流受排煙口影響較大，降低排煙效率；也不可過大，過大則拉長(zhǎng)控?zé)焻^(qū)長(zhǎng)度不利于人員疏散，故選取30 m為最優(yōu)。

從控?zé)焻^(qū)橫向與縱向溫度分布看，d=30 m的控?zé)熜Ч詈谩?/p>

2.2.3 可見度

不同間距下人眼高度Z=2 m中心線上可見度分布情況如圖5所示。由圖5可知，d=10，20 m時(shí)，其控?zé)焻^(qū)可見度最小值，分別為12.2，10.3 m，在火災(zāi)發(fā)展階段，某時(shí)瞬可見度低于10 m，給人員安全逃生帶來威脅；在d=30 m間距下，可見度最小值為15.3 m，遠(yuǎn)高于10 m臨界值，為人員安全疏散創(chuàng)造有利條件。因此，d取30 m防排煙效果最佳。

圖5 控?zé)焻^(qū)人眼高度處可見度變化曲線Fig.5 Change curves of visibility at height of human eye in smoke control zone

2.3 空氣幕與機(jī)械排煙復(fù)合作用下對(duì)煙氣蔓延影響

通過本文研究可知，復(fù)合作用下空氣幕與排煙口間距為30 m時(shí)防排煙效果最好，在此基礎(chǔ)上，為考察復(fù)合作用下排煙量與射流速度變化對(duì)煙氣蔓延的影響，分別對(duì)工況10～18進(jìn)行模擬計(jì)算及對(duì)比分析。

2.3.1 煙氣蔓延

火災(zāi)發(fā)生360 s時(shí)單獨(dú)排煙作用、單獨(dú)空氣幕作用及空氣幕與機(jī)械排煙復(fù)合作用下煙氣蔓延情況如圖6所示。

圖6 不同控?zé)煼绞阶饔孟聼煔饴忧闆r對(duì)比Fig.6 Comparison of smoke spread under different methods of smoke control

由圖6可知，僅開啟排煙系統(tǒng)時(shí)，煙氣沿隧道出入口方向向外蔓延，機(jī)械排煙可以有效地控制煙氣穩(wěn)定在一定高度，但導(dǎo)致整個(gè)行車空間充滿煙氣；單獨(dú)空氣幕作用時(shí)，空氣幕有效阻擋煙氣向隧道兩側(cè)延伸，造成控?zé)焻^(qū)煙氣積聚，隨著火源持續(xù)燃燒，煙氣不可能完全被隔斷，總有部分煙氣突破氣幕向外溢出；當(dāng)空氣幕與機(jī)械排煙復(fù)合作用時(shí)，空氣幕可以有效控制煙氣并限制在控?zé)焻^(qū)內(nèi)，機(jī)械排煙排出控?zé)焻^(qū)積聚煙氣，一定程度上減少控?zé)焻^(qū)與外部的熱質(zhì)交換，煙氣得到較好的控制。由此可見，復(fù)合作用優(yōu)于任一單獨(dú)防排煙模式。

2.3.2 煙氣溫度

不同控?zé)煼绞阶饔孟聼煔馄骄鶞囟确植记€如圖7所示。由圖7可知，僅空氣幕作用時(shí)，控?zé)焻^(qū)最高溫度達(dá)到157 ℃，遠(yuǎn)超人體承受溫度，疏散區(qū)溫度穩(wěn)定在34 ℃左右，說明空氣幕對(duì)煙氣蔓延有較強(qiáng)的阻擋作用；隨著排煙系統(tǒng)的開啟煙氣平均溫度明顯降低，排煙口-氣幕段最高溫度僅為66 ℃，與僅空氣幕作用相比降低超61%。說明機(jī)械排煙作用顯著，可以大大降低煙氣溫度，也進(jìn)一步說明復(fù)合作用的重要性。

圖7 不同控?zé)煼绞阶饔孟聼煔馄骄鶞囟茸兓疐ig.7 Change of average smoke temperature under different smoke control methods

空氣幕與機(jī)械排煙系統(tǒng)復(fù)合作用下Z=2 m煙氣平均溫度變化曲線如圖8所示。由圖8(a)可知，隨著v增大，煙氣平均溫度隨氣幕供風(fēng)量增加相應(yīng)降低，相同的射流速度增量造成其平均溫升的變化量逐漸減少；且與圖7對(duì)比分析可知，當(dāng)Vp=100 m3/s時(shí)，增加v，煙氣溫度基本一致，這是由于射流速度的增加可能會(huì)加快熱煙氣的對(duì)流，冷空氣的注入一定程度上可以降低溫度，而空氣幕只能起到良好阻煙作用，達(dá)到一定速度后，速度的增加對(duì)溫降效果不明顯。因此，不可過度增加射流速度，取20～25 m/s即可。

圖8 復(fù)合作用下煙氣平均溫度變化曲線Fig.8 Change curves of average smoke temperature under combined action

由圖8(b)可知，隨著排煙量從80 m3/s增加至120 m3/s，煙氣溫度呈階梯式降低，空氣幕處溫度約下降25 ℃，這是由于隨著排煙量增加，積聚的高溫?zé)煔鉁p少，溫度也將相應(yīng)下降，但在圖8中，當(dāng)v=20或30 m/s時(shí)改變Vp，同樣發(fā)現(xiàn)煙氣降溫顯著。因此，機(jī)械排煙能大幅降低煙氣溫度，同一射流速度下，排煙量越大溫度越低，機(jī)械排煙對(duì)溫度影響比空氣幕作用效果顯著。由圖8可知，對(duì)比Vp一定時(shí)增加v與v一定時(shí)增加Vp的溫度差變化，后者的降幅更大，效果更為顯著，因此在某種程度上，增加排煙量可降低所需氣幕射流速度；且Vp=80 m3/s時(shí)空氣幕附近溫度高于60 ℃，因此，排煙量應(yīng)不小于80 m3/s，但想要達(dá)到更好的控?zé)熜Ч?，亟需找出合理排煙量?/p>

2.3.3 可見度

空氣幕與機(jī)械排煙系統(tǒng)復(fù)合作用下Z=2 m可見度分布如圖9所示。當(dāng)Vp=80 m3/s時(shí)，v每增加5 m/s,空氣幕處可見度依次增加4，-1 m，v=30 m/s與25 m/s相比，可見度不增反降，這是因?yàn)樗俣鹊脑黾邮沟脽煔馀c空氣之間摻混作用增強(qiáng)，加快控?zé)焻^(qū)煙氣擾動(dòng)降低可見度，由此可見空氣幕射流速度并不是越大越好；當(dāng)Vp=100或120 m3/s時(shí)，v=20，25 m/s能見度變化情況基本一致。因此，為更好的防排煙效果，射流速度不宜過大，取20 m/s最佳。

圖9 復(fù)合作用下煙氣平均可見度變化曲線Fig.9 Change curves of average smoke visibility under combined action

當(dāng)v=20 m/s時(shí)，Vp=80，100，120 m3/s的可見度依次為10.3，16.7，22.6 m，均達(dá)到人員疏散標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.4 排煙效率

排煙效率是衡量火災(zāi)排煙效果最直接的指標(biāo)，排煙口的排煙效率=單位時(shí)間內(nèi)所有排煙口通過的CO2量/火源生成的CO2量。氣幕射流速度20 m/s時(shí)，不同排煙量的排煙效率變化曲線如圖10所示。由圖10可知，保持射流速度為20 m/s不變，隨排煙量增大排煙效率呈增大趨勢(shì)，在排煙量從90 m3/s增加到100 m3/s時(shí)，排煙效率的增量最大，增幅超13%，繼續(xù)增加排煙量，排煙效率的變化不明顯。因此，綜合考慮防排煙的有效性和經(jīng)濟(jì)性，取v=20 m/s，Vp=100 m3/s為最優(yōu)防排煙組合方式。

圖10 射流速度為20 m/s時(shí)，排煙效率變化曲線Fig.10 Change curve of smoke exhaust efficiency with jet velocity of 20 m/s

3 結(jié)論

1)空氣幕與排煙口間距對(duì)射流特性與煙氣蔓延有較強(qiáng)影響，間距為20 m效果最差；間距過小氣幕射流與排煙口相互影響，降低排煙效率；間距過大，則拉長(zhǎng)控?zé)焻^(qū)長(zhǎng)度不利于人員疏散，氣幕與排煙口間距d=30 m的控?zé)熜Ч詈谩?/p>

2)機(jī)械排煙、空氣幕的控?zé)熜Чh(yuǎn)不及二者復(fù)合作用?？諝饽豢捎行Э刂茻煔獠⑾拗圃诳?zé)焻^(qū)內(nèi)，機(jī)械排煙可排出控?zé)焻^(qū)積聚煙氣，復(fù)合作用可實(shí)現(xiàn)可靠擋煙和有效排煙，最大程度保證人員安全。

3)復(fù)合作用下，隨著射流速度的增大，相同的射流速度增量造成煙氣溫升的變化量逐漸減少，射流速度取20～25 m/s；機(jī)械排煙對(duì)溫度與可見度影響比空氣幕作用效果顯著，一定程度上增加排煙量可降低氣幕射流速度，排煙量需大于80 m3/s。

4)綜合考慮防排煙的有效性和經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)火源功率為20 MW時(shí)，取v=20 m/s，Vp=100 m3/s為最優(yōu)防排煙組合方式。