亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        側(cè)部點式排煙模式下煙氣分層特性研究

        2021-11-17 02:39:28姜學(xué)鵬呂彥昕
        火災(zāi)科學(xué) 2021年3期
        關(guān)鍵詞:排煙口火源流速

        姜學(xué)鵬,呂彥昕,李 超,萬 娟

        (1. 武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,武漢,430081;2. 武漢科技大學(xué)消防安全技術(shù)研究所,武漢,430081;3. 武漢科技大學(xué)湖北省工業(yè)安全工程技術(shù)研究中心,武漢,430081)

        0 引言

        點式排煙是指隧道內(nèi)設(shè)置獨立的排煙道,火災(zāi)時只開啟火源下游最臨近排煙口向排煙道內(nèi)排煙。按不同排煙口位置可分為頂部點式排煙與側(cè)部點式排煙。由于沉管法隧道及明挖法隧道施工工法的制約,設(shè)置側(cè)部排煙道更具可行性,例如港珠澳隧道、武漢東湖隧道、揚州瘦西湖隧道等。當(dāng)隧道發(fā)生火災(zāi),煙氣經(jīng)歷自由上升、徑向蔓延階段之后,燃燒生成的熱量和煙氣形成熱分層流運輸至隧道頂部,由于隧道側(cè)壁限制,最終在隧道頂板下方進入縱向水平蔓延階段,熱分層流是有毒有害煙氣在水平蔓延過程中實現(xiàn)跨區(qū)域傳播的主要載體,良好的煙氣分層能夠為火災(zāi)時迅速開展滅火救援提供有利條件[1]。因此,煙氣分層的深入探究對于各類交通隧道的防排煙設(shè)計具有重要意義。

        學(xué)者們在隧道煙氣分層研究方面已經(jīng)做了諸多工作。Xu等[2]實驗得到在改變風(fēng)流強度的瞬間至再次達到穩(wěn)定時間段內(nèi),層化曲線和層化強度會發(fā)生偏移現(xiàn)象;姜學(xué)鵬等[3]通過頂部點式排煙速率對煙氣熱分層影響實驗,得到層化曲線隨排煙速率變化沿隧道縱向呈復(fù)雜的變化趨勢,“渦旋” 結(jié)構(gòu)對煙氣分層穩(wěn)定性存在重要影響,同時煙氣熱分層現(xiàn)象具有分段的特點;Kalech等[4]采用Ri數(shù)對不同排煙模式(豎井自然排煙、縱向機械排煙、橫向機械排煙)下公路隧道火災(zāi)中的溫度層化程度進行量化;Li等[5]通過研究得到在頂部點式排煙與縱向通風(fēng)的耦合作用下,熱分層穩(wěn)定性隨頂部排煙速度的增加而降低;Tang等[6]研究了頂部點式排煙下的煙氣分層,發(fā)現(xiàn)當(dāng)Ri>2.0 或Fr<0.66 時,煙氣分層明顯;當(dāng)Ri<1.4 或Fr>0.8 時,煙氣層完全失去穩(wěn)定。前人通過對煙氣分層進行研究,獲得了縱向排煙模式和頂部點式排煙模式下的煙氣分層規(guī)律以及煙氣層失穩(wěn)的判據(jù),但未見針對側(cè)部排煙模式的研究。應(yīng)注意到,側(cè)部排煙時煙氣分層形態(tài)受豎向熱浮力、縱向送風(fēng)推力及側(cè)向抽吸力多向驅(qū)動力作用,其特征模式會加劇煙氣蔓延過程中的摻混及擾動效應(yīng),故分層流界面會出現(xiàn)異于頂部、縱向排煙時的不穩(wěn)定機制,導(dǎo)致煙氣流動特性更加難以預(yù)測。因此,前人研究成果是否適用于側(cè)部排煙模式值得商榷。

        針對側(cè)部點式排煙模式下不同火災(zāi)熱釋放速率、排煙流量等變化條件,擬采用數(shù)值模擬方法對煙氣層厚度、煙氣層溫度及水平流動速度隨煙氣水平蔓延的變化情況進行研究,探析煙氣分層情況及分層遭到破壞的原因,研究在多方向強制氣流耦合作用下火災(zāi)煙氣分層形態(tài)及穩(wěn)定性的物理機制。

        1 數(shù)值模型構(gòu)建

        1.1 火災(zāi)場景設(shè)置

        以武漢黃鶴樓隧道為原型建立模擬模型,模擬主隧道長800 m,寬11 m,高4.5 m,地面厚度選取0.5 m,隧道高度范圍為0.5 m~5 m,如圖1所示??紤]火災(zāi)發(fā)生時最不利情況,將火源設(shè)于隧道縱向中心,兩個排煙口正中間,火源尺寸為長6 m×寬2 m。排煙口設(shè)置在主隧道側(cè)壁,距離地面高度為1.7 m,間距60 m,尺寸為長6 m×高2 m。模擬時選取穩(wěn)態(tài)火,模擬時間為600 s,當(dāng)燃燒進行至500 s時,隧道內(nèi)的溫度參數(shù)等均達到穩(wěn)定狀態(tài),選取500 s~600 s的模擬數(shù)據(jù)平均值進行研究討論。隧道墻體邊界設(shè)置為“CONCRETE”,其熱值為1.04 kJ/(kg·K),密度為2 280 kg/m3,導(dǎo)熱率為1.6 W/(m·K);隧道兩端口處設(shè)為“OPEN”;側(cè)部排煙道端口處設(shè)為“EXHAUST”;隧道內(nèi)初始環(huán)境溫度設(shè)置為20 ℃。

        圖1 隧道模型示意圖Fig. 1 Schematic diagram of the tunnel model

        沿隧道縱向布置10組溫度、流速測點,火源兩側(cè)各5組,分別位于正對排煙口,排煙口內(nèi)側(cè)5 m、10 m,排煙口外側(cè)5 m、10 m;橫向上,距離排煙道0.1 m、3 m、5.5 m、8 m布置四組溫度、流速測點;豎向間距0.1 m,一組為44個測點,范圍在0.6 m~4.9 m。如圖2所示。

        圖2 測點布置圖Fig. 2 Measuring point layout

        1.2 工況設(shè)置

        共設(shè)置24組對比工況,將火源功率5 MW(10 MW)編號為A(B),在其他條件不變的情況下,依次改變火災(zāi)熱釋放速率、排煙流量來研究不同參數(shù)對煙氣分層特性的影響。由于側(cè)部排煙道兩端各設(shè)置一個排煙風(fēng)機,故每個排煙風(fēng)機排煙流量為設(shè)定排煙流量的1/2。如表1所示。

        表1 工況Table 1 Working conditions

        2 煙氣分層特征參數(shù)

        2.1 煙氣層厚度

        煙氣層厚度的計算方法主要有N-百分比法[7]、積分比法[8]。N-百分比法由于N的取值主觀性較強,可能會給計算帶來較大的誤差。運用積分比法對煙氣與空氣分界面進行判斷,其原理是將不同高度作為分界點,對上半部分和下半部分分別求取溫度的積分比,上下積分比和最小的點對應(yīng)的高度為煙氣與空氣分界面的位置。

        上層煙氣溫度積分比:

        (1)

        下層空氣溫度積分比:

        (2)

        總積分比:

        rt=rμ+r1=f(y)

        (3)

        其中:H是地面到頂板的高度,y是豎直方向上的高度,T(z)是溫度豎向分布函數(shù)。圖3是火源功率為5 MW,排煙流量為80 m3/s時某位置豎向方向上煙氣層溫度變化情況。對模擬所得的溫度測點數(shù)值用Origin 9軟件進行BiDoseResp函數(shù)非線性擬合,得到溫度豎向分布函數(shù)T(z)。

        圖3 豎向溫度變化圖Fig. 3 Vertical variation of temperature

        通過使用 Matlab 程序?qū)(z)進行積分運算,得到豎直方向上的總積分比變化情況,取總積分比最小點對應(yīng)高度為煙氣層高度(如圖4),此時的煙氣層厚度為1.26 m。

        圖4 總積分比變化曲線Fig. 4 Variation of total integral ratio

        2.2 煙氣摻混影響長度

        在側(cè)部排煙模式下,由于側(cè)部排煙口對煙氣存在一定大小的抽吸力,煙氣蔓延過程中排煙口煙氣始終處于摻混狀態(tài),導(dǎo)致橫向上無法確定煙氣整體的分層規(guī)律,其摻混程度與排煙口風(fēng)速正相關(guān)。對排煙口抽吸力作用在隧道橫向上煙氣的影響范圍進行研究,得到煙氣橫向摻混影響長度與隧道寬度的量化占比,以此判定側(cè)部排煙模式下的煙氣分層穩(wěn)定性。

        將側(cè)部排煙口看作四周無邊的矩形側(cè)吸罩[9],煙氣放散的最小控制速度取0.25 m/s(一般為0.25 m/s~0.5 m/s),即認(rèn)定排煙口附近煙氣橫向流速小于0.25 m/s時,不參與排煙口附近摻混。

        a/b=α;x/b=β;vx/v0=δ

        (4)

        其中:a、b分別為排煙口的寬、高;vx為煙氣放散的最小控制速度;v0為排煙口上的平均速率(注:排煙口平均速率為不同排煙流量下排煙口所達到的速率),將上式代入矩形吸氣口速度分布計算(如圖5),即可得到不同排煙口排煙速率下的煙氣摻混影響長度x(如圖6)。

        圖5 矩形吸氣口速度分布Fig. 5 Rectangular suction port velocity distribution

        圖6 不同排煙速率下的煙氣摻混影響長度Fig. 6 Influence length of flue gas blending under different exhaust wind speeds

        2.3 煙氣水平流速

        在數(shù)值模擬中測量的氣流速度可能具有大的波動,可以認(rèn)為測量的空氣速度是恒定速度和擾動速度的疊加[10]。如圖7是火源功率為5 MW,排煙流量為80 m3/s時,排煙口位置處橫向方向上煙氣層流速變化情況。通過數(shù)值模擬測得排煙口處,距排煙口不同橫向位置的煙氣流動速度,模擬結(jié)果中取穩(wěn)定時間段的流速平均值。

        圖7 不同位置處煙氣層流速變化情況Fig. 7 Flue gas velocity variations at different locations

        3 結(jié)果與討論

        3.1 煙氣分層形態(tài)

        側(cè)部排煙模式下,隧道空間內(nèi)的煙氣分層形態(tài)由豎向熱浮力、縱向慣性力以及排煙口側(cè)向抽吸力多向驅(qū)動力共同決定。在模擬結(jié)果中觀察到,當(dāng)隧道發(fā)生5 MW火災(zāi),排煙流量較小時,煙氣存在明顯分層,只有極少部分煙顆粒擴散到隧道下部空氣層中,如圖8(a)所示。但隨著排煙流量的增大,煙氣層與冷空氣層劇烈摻混,煙顆粒大量侵入下部空氣層,煙氣層變得紊亂,看不到明顯的分層現(xiàn)象。此時,隧道豎向區(qū)域內(nèi),可分為三個區(qū)域,即上部煙氣強分層區(qū)、中部煙-空氣摻混區(qū)、下部冷空氣區(qū)。其中,排煙口與火源區(qū)段內(nèi),煙氣與空氣摻混較強,強分層區(qū)的厚度較薄,如圖8(b)所示。

        圖8 不同排煙流量下的煙氣分層特征Fig. 8 Characteristics of flue gas stratification under different flue gas flow rates

        3.2 煙氣層厚度變化

        各模擬工況下煙氣層厚度如表2所示,排煙流量較大時,計算所得為上部強分層區(qū)的煙氣層厚度。為準(zhǔn)確描述各位置的煙氣層厚度變化情況,定義縱向方向上排煙口與火源間區(qū)段為排煙口內(nèi)側(cè),排煙口與隧道端口間區(qū)段為排煙口外側(cè),模擬結(jié)果取橫向測點值的平均。另考慮排煙口開啟方式及火源位置的對稱性,將兩側(cè)對稱位置的厚度取均值。由表2數(shù)據(jù)可以看出,總體煙氣層厚度呈隨火源功率增大而增大的趨勢,這一趨勢在排煙口及排煙口外側(cè)區(qū)段更為明顯。在同一火源功率下,排煙口內(nèi)側(cè)的煙氣層厚度隨排煙流量增大基本無變化,且排煙口內(nèi)側(cè)10 m(距排煙口10 m)位置煙氣層高度高于排煙口內(nèi)側(cè)5 m位置,這是因為排煙口尺寸一定時,對煙氣的影響程度存在一定范圍,在較遠(yuǎn)條件下不會對煙氣厚度產(chǎn)生明顯影響,另外,越靠近火源的煙氣溫度越高,分層強度越大,其厚度越不容易產(chǎn)生變化。而在排煙口及排煙口外側(cè)區(qū)段,煙氣層厚度隨排煙流量增大呈復(fù)雜的變化趨勢。煙氣層厚度在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)的浮動變化,火源功率增大,這一波動幅度變小,這是因為火源功率越大,空間煙氣與空氣的交界面剪切效應(yīng)越弱,排煙流量對于加劇煙氣空氣混合的影響越小。

        表2 各模擬工況下的煙氣層厚度Table 2 Thickness of flue gas layer under various simulated working conditions

        3.3 煙氣流速變化

        圖9為火源功率5 MW時,隧道內(nèi)不同縱、橫向位置下煙氣水平流速的變化曲線,對煙層穩(wěn)定性破壞后的情況進行研究(V≥80 m3/s)。為準(zhǔn)確描述排煙口附近各位置的流速變化情況,定義排煙口與火源間區(qū)段為排煙口內(nèi)側(cè),排煙口與隧道端口間區(qū)段為排煙口外側(cè);測點與排煙口的縱向距離定義為L,其中排煙口內(nèi)(外)側(cè)L為正(負(fù))值;測點與排煙口的橫向距離定義為D。

        圖9(a)~圖9(d)為排煙口內(nèi)側(cè)L=10 m(近火源端)不同橫向距離下的煙氣水平流速隨排煙流量變化情況。由圖9可以看出,不同橫向位置下,各流速曲線均在距地面高度2.2 m~4.2 m(排煙口所在高度,圖9豎向虛線位置)范圍內(nèi)存在極值點。D=0.1 m~3 m時,隨著排煙流量的增加,上層煙氣層流速值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,如圖9(c)~圖9(d),且流速值在V=110 m3/s時達到最大,這反映了受排煙口排煙強度的影響,熱煙氣與冷空氣的速度剪切強度存在極限值,排煙流量過大時,排煙口大量卷吸煙氣層下方冷空氣,會完全破壞煙氣分層穩(wěn)定性及排煙口的穩(wěn)定排煙機制,降低排煙效率。故火源功率5 MW時,排煙流量不宜超過110 m3/s,此時單個排煙口達到的排煙速率為4.78 m/s。

        圖9(d)~圖9(h)為D=0.1 m(近隧道壁面)不同縱向位置處的煙氣水平流速隨排煙流量變化情況??梢钥闯觯髁魉偾€在隧道豎向空間范圍內(nèi)的極值點位置變化較大??v向上,排煙口內(nèi)側(cè)不同距離處(圖9(d)和圖9(e))的流速曲線基本一致,表明側(cè)向排煙對兩個位置煙氣蔓延的抑制作用相當(dāng),煙氣層流速值隨排煙流量的增大整體呈現(xiàn)先增大后衰減的趨勢;排煙口外側(cè)煙層流速衰減較快,距離排煙口越遠(yuǎn)時(L=-10 m),側(cè)向排煙對煙氣蔓延的抑制作用越強;排煙口位置處,流速曲線變化復(fù)雜,可以看出流速曲線明顯的向上凹起,在距地面高度2.2 m~4.2 m范圍內(nèi),煙氣流動速度驟增,這一變化主要是由于排煙口對煙氣的抽吸作用,排煙口附近煙氣空氣大量摻混所致。

        圖9 不同排煙流量下的煙氣流速變化Fig. 9 Flue gas flow rate variations under different exhaust wind speeds

        3.4 煙氣溫度變化

        圖10為火源功率5 MW時,不同排煙流量下的溫度變化云圖。為準(zhǔn)確比較各風(fēng)速下的溫升變化,橫向位置均取距離排煙口D=5.6 m(最大排煙流量下煙氣摻混影響長度約為5.625 m)。由圖10可以看出,此時溫度變化可分為兩個階段,煙氣分界層以下,即隧道底部空氣層基本保持環(huán)境溫度,煙氣分界層以上,溫度隨高度的增加而升高。上部煙氣層在排煙流量V=0 m3/s 時,穩(wěn)定狀態(tài)下的溫度曲線分布均勻,可以看到明顯的煙氣分層,這與前文排煙流量V=0 m3/s時的煙氣分層形態(tài)是一致的。隨著排煙流量的增大,煙氣層整體溫升有所下降,縱向上看煙氣層與空氣層的臨界面不再是均勻的水平面,排煙口附近這一變化尤為明顯。另外,排煙口與火源間區(qū)段分界層的平均高度隨排煙流量增大基本無變化,排煙口與隧道端部一側(cè)分界層的平均高度隨排煙流量增大有所減小,可以看出排煙流量對于煙氣層穩(wěn)定性的抑制作用主要集中在排煙口處及排煙口與隧道端部區(qū)段。

        圖10 不同風(fēng)速下溫度變化云圖Fig. 10 Cloud graph of temperature changes at different wind speeds

        4 結(jié)論

        采用數(shù)值模擬方法研究了側(cè)部點式排煙模式下火源功率、排煙流量的變化對煙氣層溫度、厚度及流速等分層特征的影響,得到以下結(jié)論:

        (1)煙氣摻混影響長度隨排煙速率增長而增大,即排煙流量越大,排煙口附近煙氣摻混程度越強。

        (2)排煙流量較小時,煙氣存在明顯分層。隨著排煙流量的增大,煙氣層與冷空氣層劇烈摻混,煙氣層變得紊亂,看不到明顯的分層現(xiàn)象。其中,排煙口與火源區(qū)段內(nèi),強分層區(qū)的厚度較薄。

        (3)同一縱向位置下上層煙氣層的流速值隨排煙流量增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢;不同縱向位置下排煙口外側(cè)煙層流速較低,距離排煙口越遠(yuǎn)時,側(cè)向排煙對煙氣蔓延的抑制作用越弱。排煙流量對于煙氣層穩(wěn)定性的抑制作用主要集中在排煙口處及排煙口與隧道端部區(qū)段。

        猜你喜歡
        排煙口火源流速
        “流體壓強與流速的關(guān)系”知識鞏固
        地鐵隧道排煙口無量綱結(jié)構(gòu)參數(shù)與局部阻力研究*
        隧道側(cè)部排煙口優(yōu)化方案研究
        『流體壓強與流速的關(guān)系』知識鞏固
        不同火源位置情況下的內(nèi)天井結(jié)構(gòu)建筑
        水上消防(2021年5期)2022-01-18 05:33:26
        隧道側(cè)向排煙口尺寸對排煙效果的影響研究*
        建筑內(nèi)疏散走道機械排煙口合理設(shè)置的探討
        山雨欲來風(fēng)滿樓之流體壓強與流速
        吉林省主要森林火災(zāi)火源的時間變化特征
        森林防火(2019年1期)2019-09-25 06:41:16
        愛虛張聲勢的水
        国产精品天天狠天天看| 中文字幕人妻av一区二区| 96中文字幕一区二区| 中文字幕精品一区二区三区 | 极品少妇xxxx精品少妇偷拍| 樱桃视频影院在线播放| 欧美操逼视频| 色www亚洲| 亚洲av区一区二区三区| 国产一区二区av免费在线观看| 无码人妻精品一区二区三区东京热| 天天鲁在视频在线观看 | 亚洲一区区| 久亚洲一线产区二线产区三线麻豆 | 亚洲av成人一区二区| 亚洲av综合色区无码一区| 国产在线精品一区二区中文| 国产精品国产午夜免费看福利| 99热免费观看| 久久精品网站免费观看| 中文字幕人妻日韩精品 | 日本高清一区二区不卡视频| 免费国产自拍视频在线观看| 国产一区白浆在线观看| 亚洲av午夜福利精品一区| 一本色综合久久| 国产成人亚洲精品77| 一区二区三区国产亚洲网站| 亚洲国产精品国自拍av| 伊人大杳焦在线| 国产亚洲日韩在线三区| 84pao强力打造免费视频34| 国产丝袜免费精品一区二区 | 国产高清在线精品一区αpp| 91久久精品一区二区喷水喷白浆 | 可免费观看的av毛片中日美韩| 夜夜躁狠狠躁日日躁2022| 亚州少妇无套内射激情视频| 岛国大片在线免费观看| 福利视频自拍偷拍视频| 日本黑人亚洲一区二区 |