牛?奕，丁?亮，李?盼，張?英

基于歐拉-拉格朗日法的細(xì)水霧消煙模型研究

牛?奕1，丁?亮1，李?盼2，張?英1

(1. 武漢理工大學(xué)安全科學(xué)與應(yīng)急管理學(xué)院，武漢 430070；2. 武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究院，武漢 430070)

細(xì)水霧水幕在隧道火災(zāi)中具有較好的控?zé)熥锜熥饔?，針?duì)目前細(xì)水霧阻煙數(shù)值模擬研究中并未考慮細(xì)水霧的捕集沉降作用，依據(jù)氣溶膠動(dòng)力學(xué)原理，考慮細(xì)水霧的慣性碰撞、攔截效應(yīng)和擴(kuò)散效應(yīng)捕集機(jī)理，基于歐拉-拉格朗日方法構(gòu)建細(xì)水霧降溫消煙模型，并對(duì)狹長通道內(nèi)細(xì)水霧降溫消煙實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬仿真，結(jié)果表明：模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)高度吻合，能見度穩(wěn)定在9m左右，消煙模型對(duì)細(xì)水霧降溫效果的影響較小，但在消煙過程中起到關(guān)鍵作用，不考慮消煙模型時(shí)，能見度僅為5m，模擬值低于實(shí)驗(yàn)值約45%，表明該模型能夠有效表征細(xì)水霧對(duì)煙氣的降溫、阻隔和消煙作用．

細(xì)水霧；火災(zāi)煙氣；消煙模型；歐拉-拉格朗日法

煙氣是由燃燒產(chǎn)生的，由氣體、蒸汽、懸浮顆粒組成的混合物或氣溶膠[1]．基于其成分的復(fù)雜性，煙氣對(duì)人造成的傷害也是多方面的，主要包括：劇烈燃燒引發(fā)的高溫、強(qiáng)熱輻射和缺氧窒息；CO、CO2等有毒氣體導(dǎo)致的毒害；微小的固體顆粒的遮光作用對(duì)能見度的衰減引發(fā)的恐慌等[2]．因此，對(duì)如何加強(qiáng)火場煙氣的控制、減少人員傷亡一直是研究熱點(diǎn)，而細(xì)水霧技術(shù)以其環(huán)保、適用范圍廣的特點(diǎn)得到廣泛關(guān)注[3].

近年來細(xì)水霧的應(yīng)用進(jìn)入了工程應(yīng)用階段，技術(shù)研究逐步走向成熟，尤其是在隧道等狹長空間的研究應(yīng)用上．2005年，PIARC(World Road Association)[4]在Virgolo隧道內(nèi)開展了細(xì)水霧應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，細(xì)水霧對(duì)于隧道內(nèi)的煙氣溫度有著明顯的削減作用．Amano等[5]通過實(shí)驗(yàn)研究了水幕系統(tǒng)在1/2比例的隧道模型中分隔防火區(qū)的用途，結(jié)果顯示水濾網(wǎng)系統(tǒng)阻擋了70%～80%的熱量、60%～80%的煙霧和約15%的有毒氣體(一氧化碳)．Sun等[6]進(jìn)行了一項(xiàng)縮尺寸(1/10)隧道實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果表明細(xì)水霧系統(tǒng)能有效地阻止自然通風(fēng)隧道內(nèi)的煙氣蔓延．陶亮亮等[7]采用數(shù)值模擬的方法，研究細(xì)水霧水幕排煙系統(tǒng)對(duì)隧道內(nèi)煙氣控制和排煙效率的影響．細(xì)水霧在隧道內(nèi)的應(yīng)用研究大多集中在對(duì)其滅火效果和對(duì)火場溫度控制的關(guān)注，而在利用細(xì)水霧控火的研究中，研究人員觀察到細(xì)水霧具有對(duì)熱輻射的衰減和煙塵粒子的沖刷和捕獲沉降作用[8]．

盡管已有部分學(xué)者開展了細(xì)水霧對(duì)火災(zāi)煙氣洗消作用的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬研究[9-10]，并對(duì)細(xì)水霧消煙機(jī)理進(jìn)行了分析，而在其數(shù)值模擬研究中采用了火災(zāi)動(dòng)力學(xué)軟件FDS(fire dynamics simulator)，該軟件目前提供了煙塵沉降模型，即由于熱泳效應(yīng)、重力和湍流擴(kuò)散導(dǎo)致的煙塵向壁面的沉降[11]，并考慮了細(xì)水霧的降溫和拖拽作用，但未考慮細(xì)水霧對(duì)煙氣的捕獲作用．因此，依據(jù)氣溶膠動(dòng)力學(xué)原理，構(gòu)建細(xì)水霧消煙模型，并通過自定義函數(shù)(user-defined function)耦合至CFD(computational fluid dynamics)軟件Fluent中，研究細(xì)水霧消煙機(jī)理對(duì)煙氣蔓延的影響機(jī)制．

1?細(xì)水霧消煙機(jī)理模型

在細(xì)水霧阻煙消煙的過程中，細(xì)水霧液滴還能將其運(yùn)動(dòng)路徑上煙塵顆粒捕集，實(shí)現(xiàn)降塵除煙．在一些對(duì)細(xì)水霧消煙機(jī)理的理論分析中主要借鑒工業(yè)上濕式除塵的原理[9,12]，因此在對(duì)細(xì)水霧消煙模型的研究分析時(shí)，同樣借鑒此方法．相對(duì)水霧液滴的大小，火災(zāi)煙塵顆粒的尺寸要小得多，當(dāng)煙氣攜帶著碳黑粒子流經(jīng)水霧液滴時(shí)，一些短程的機(jī)理起到關(guān)鍵作用．基本的短程機(jī)理包括[9,13-14]：慣性碰撞、攔截效應(yīng)、擴(kuò)散效應(yīng)，如圖1所示．這些短程機(jī)理捕獲煙塵的概率一般通過單個(gè)液滴的捕集效率表征[15]，即：單位時(shí)間內(nèi)液滴捕集的煙塵顆粒質(zhì)量與單位時(shí)間內(nèi)液滴掃掠空間內(nèi)的煙塵顆粒質(zhì)量之比．

圖1?細(xì)水霧消煙降塵機(jī)理

1.1?慣性碰撞

氣流在霧滴處發(fā)生繞流流動(dòng)，氣流中粒徑較小的煙塵顆粒會(huì)跟隨氣流進(jìn)行繞流，而體積較大、重量較大的煙塵顆粒，由于慣性大而繼續(xù)保持原來的運(yùn)動(dòng)方向，導(dǎo)致不能繞流而與霧滴碰撞被捕集．

對(duì)于直徑5μm以上的煙塵顆粒來說，其不能繞流而與霧滴發(fā)生慣性碰撞的效率與斯托克斯數(shù)相關(guān)，斯托克斯數(shù)定義為

采用Licht[16]在計(jì)算濕式除塵器中霧滴慣性碰撞捕集效率的表達(dá)式表征對(duì)煙塵的捕集效率，即

1.2?截留作用

當(dāng)煙塵顆粒沿著氣流流線向霧滴運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果氣流流線離霧滴表面的距離小于煙塵粒子半徑，就會(huì)與霧滴發(fā)生碰撞而被捕獲，該機(jī)制被稱為截留效應(yīng)[17].截留效應(yīng)的煙塵捕集效率取決于煙塵顆粒直徑與霧滴直徑之間的比值，即攔截比[17]．

無旋流動(dòng)中，細(xì)水霧滴對(duì)煙塵顆粒的截留捕集效率可用公式(4)進(jìn)行計(jì)算[17]：

1.3?擴(kuò)散作用

亞微米級(jí)的煙塵顆粒沿著圍繞霧滴的氣流流線運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到氣體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的撞擊，可能使得其像氣體分子一樣做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，自由穿過氣流流線，與霧滴發(fā)生碰撞被捕獲[13]．對(duì)于單個(gè)球形液滴，Jung等[15]和Kim等[18]推導(dǎo)了其擴(kuò)散捕集效率的表達(dá)式，其中包括液滴內(nèi)誘導(dǎo)內(nèi)部循環(huán)的影響，即對(duì)于單個(gè)霧滴，可以用公式(5)估算擴(kuò)散作用沉降效率：

為貝克萊數(shù)，即

式中，diff為煙塵粒子的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s，其表達(dá)式為：

其中，為空氣分子的平均自由程．

1.4?單個(gè)液滴煙塵捕集效率

在實(shí)際情況中，上述3種降塵機(jī)理是同時(shí)存在的，因此，可假設(shè)各煙塵捕集機(jī)理之間為并聯(lián)關(guān)系，則單個(gè)液滴的煙塵總捕集效率可采用如下表達(dá)式[20]：

因此，單個(gè)細(xì)水霧液滴單位時(shí)間捕獲煙塵顆粒的質(zhì)量應(yīng)為液滴單位時(shí)間內(nèi)掃掠空間內(nèi)的煙塵總質(zhì)量與液滴捕集效率的乘積，即：

式中：p為碳黑質(zhì)量分?jǐn)?shù)．上述公式通過DPM(dis-crete phase model)模型與氣相的質(zhì)量交換UDF實(shí)現(xiàn).

2?數(shù)學(xué)模型

細(xì)水霧和煙塵均為顆粒物，因此細(xì)水霧消煙過程為典型的多相流問題，其中煙塵由于平均粒徑一般較小，在火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬中一般被看作一種氣體組分[11]．因此模型中將煙塵、空氣及其他燃燒產(chǎn)物看作連續(xù)相，使用Euler方法求解流場，而噴射出來的細(xì)水霧液滴則用基于動(dòng)量的Lagrange方法進(jìn)行跟蹤.為減小模型的復(fù)雜程度，同時(shí)做如下假設(shè)：①煙塵(氣相)被液滴捕獲后轉(zhuǎn)化為離散相，且不會(huì)再脫離液滴，也不會(huì)轉(zhuǎn)化回連續(xù)相；②液滴碰到壁面后即被壁面吸附，不再返回計(jì)算區(qū)域內(nèi)．

2.1?氣相方程

為減小計(jì)算量，計(jì)算區(qū)域不包含燃燒火焰區(qū)，因此可忽略燃燒化學(xué)反應(yīng)的影響，僅考慮熱煙氣的運(yùn)動(dòng)．采用模型模擬湍流運(yùn)動(dòng)，求解質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程和組分方程，其通用方程形式如下：

表1?質(zhì)量輸運(yùn)方程中的擴(kuò)散項(xiàng)和源項(xiàng)

Tab.1　　Diffusionterm and source term in mass transport equation

2.2?離散相模型

細(xì)水霧運(yùn)動(dòng)采用離散相(DPM)模型，根據(jù)慣性與受力平衡，離散相顆粒運(yùn)動(dòng)方程為

2.3?液滴蒸發(fā)和吸收模型

為模擬液滴的蒸發(fā)和捕獲煙氣的過程，定義離散相顆粒類型為水和煙塵的混合物離散相，離散相中水的初始百分比為100%．根據(jù)氣液兩相間的熱平衡關(guān)系，離散相中水的蒸發(fā)速率為

離散相捕獲煙氣的速率為：

3?驗(yàn)證模型

3.1?物理模型

為驗(yàn)證上述細(xì)水霧消煙模型的可信度，以文獻(xiàn)[12]的實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，開展細(xì)水霧消煙數(shù)值模擬研究．其實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖2所示．實(shí)驗(yàn)臺(tái)由集煙罩、狹長通道主體、排煙罩3部分構(gòu)成，實(shí)驗(yàn)段狹長通道主體寬度為1.2m，高為1.7m，長為6m，在狹長通道頂部，距離煙氣入口3m處設(shè)有0.45m×1.2m的活動(dòng)開口，在開口頂板上設(shè)置細(xì)水霧噴頭，依次排列共設(shè)置8個(gè)，細(xì)水霧開啟時(shí)間為60s，噴頭流量0.01188kg/s，霧化錐角60°，水霧平均粒徑63μm. 在其正下方設(shè)置同樣大小開口，便于水流出，在狹長通道左右兩側(cè)各設(shè)有3列開孔，以便在通道內(nèi)形成補(bǔ)風(fēng)氣流．能見度和溫度監(jiān)測點(diǎn)分別設(shè)置在細(xì)水霧噴頭下游1.075m和1.575m，均位于中軸面上，距通道頂部0.1m處．

圖2?狹長通道模型

3.2?計(jì)算模型

由于計(jì)算過程主要關(guān)注細(xì)水霧與煙氣的相互作用，因此計(jì)算模型不包含火源與集煙罩部分，而煙氣進(jìn)口的邊界條件參數(shù)則通過FDS計(jì)算給出，計(jì)算模型如圖3所示，網(wǎng)格尺寸分別選取0.04m、0.05m和0.06m進(jìn)行網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證．

圖4分別為3種尺寸網(wǎng)格模型模擬的通道主體中縱軸中心線1.6m高處的溫度和速度隨距離的變化曲線．從圖中可以看出，3種網(wǎng)格尺寸下的煙氣溫度曲線基本重合，速度相差也較小，因此在保證數(shù)值計(jì)算結(jié)果具有參考意義的同時(shí)考慮計(jì)算效率，選用0.05m的網(wǎng)格尺寸進(jìn)行計(jì)算．

圖3?網(wǎng)格模型

圖4?網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證

3.3?邊界條件

為保證模擬工況與實(shí)驗(yàn)工況相同，首先使用FDS對(duì)火源進(jìn)行模擬，確定煙氣溫度、速度、煙塵濃度等參數(shù).火源設(shè)置為2火，最大熱釋放速率為15.7kW，模擬計(jì)算得出進(jìn)入集煙罩的煙氣體積流量約為0.1216m2/s，煙塵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%．

將上述煙氣條件應(yīng)用至計(jì)算模型的入口邊界，出口和通道兩側(cè)開孔采用壓力出口，狹長通道主體壁面材料設(shè)置為混凝土，集煙罩和排煙罩材料為鋼材，初始環(huán)境溫度設(shè)置為20℃．模擬得到的無細(xì)水霧下的煙氣溫度和能見度與實(shí)驗(yàn)值如圖5所示．其中能見度用以下方法計(jì)算[21]：

式中：為空間能見度，m；是無量綱常數(shù)(一般默認(rèn)為3)；是消光系數(shù)；m為碳煙的單位質(zhì)量消光系數(shù)(默認(rèn)取值7600m2/kg)．

從圖中可以看出，模擬值與實(shí)驗(yàn)值基本吻合，說明給定的邊界條件與實(shí)驗(yàn)條件一致．

圖5?無細(xì)水霧作用下模擬值與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比

4?模擬結(jié)果與分析

4.1?煙氣溫度

圖6給出添加煙塵捕集模型和無煙塵捕集模型下的煙氣溫度隨時(shí)間變化曲線與實(shí)驗(yàn)的對(duì)比．對(duì)比圖5(a)可以看出，在0～60s時(shí)，文獻(xiàn)[12]給出的有/無細(xì)水霧下的溫度測量值并不一致，可能是由于冷空氣擾動(dòng)、環(huán)境溫度、風(fēng)速等變化的不確定性導(dǎo)致，因此這里主要討論60s細(xì)水霧水幕啟動(dòng)后的溫度變化．在60s細(xì)水霧啟動(dòng)后，通道內(nèi)溫度迅速降低，無論是否加載細(xì)水霧消煙模型，模擬值均與實(shí)驗(yàn)值基本吻合，模擬值略低于實(shí)驗(yàn)測量值，最大相差小于7℃，說明消煙模型對(duì)細(xì)水霧降溫效果的影響較?。硗猓诩?xì)水霧啟動(dòng)后，有消煙模型的溫度下降速度略大于無消煙模型，可能由于細(xì)水霧捕獲煙塵顆粒同時(shí)也帶走其攜帶的熱量，導(dǎo)致煙氣溫度下降速度略快．

圖6?細(xì)水霧作用下模擬溫度與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

圖7分別為有/無消煙模型工況細(xì)水霧啟動(dòng)時(shí)(60s)和啟動(dòng)后1min時(shí)(120s)的通道中軸面煙氣溫度分布云圖．由圖可以看出，在細(xì)水霧啟動(dòng)之前，煙氣層溫度在40℃以上．在開啟1min后，細(xì)水霧系統(tǒng)下游的煙氣溫度已基本降低至常溫，同時(shí)上游的溫度也被有效降低，有消煙模型的溫度下降情況略優(yōu)于無消煙模型．

圖7?通道中軸面溫度分布

4.2?能見度

圖8給出有消煙模型和無消煙模型下的能見度隨時(shí)間變化曲線與實(shí)驗(yàn)的對(duì)比．細(xì)水霧水幕啟動(dòng)后，有/無消煙模型的能見度均迅速升高，但無消煙模型情況在約80s時(shí)開始降低，并逐漸穩(wěn)定在5m左右，只有實(shí)驗(yàn)值(約9m)的55%，主要由于無消煙模型時(shí)，細(xì)水霧僅起到降溫和阻斷的作用，煙氣只是在水霧的拖拽作用下向下運(yùn)動(dòng)，部分煙氣仍然可從水幕下方繼續(xù)向下游擴(kuò)散流動(dòng)．而有消煙模型的能見度變化曲線與實(shí)驗(yàn)值基本一致，穩(wěn)定階段模擬值和實(shí)驗(yàn)值都維持在9m左右，吻合度較高，說明在細(xì)水霧水幕在阻隔煙氣的過程中，細(xì)水霧的捕集消煙機(jī)理起到關(guān)鍵作用，同時(shí)驗(yàn)證了上述細(xì)水霧消煙模型的有效性．

圖8?細(xì)水霧作用下模擬能見度與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

圖9分別為有/無消煙模型工況細(xì)水霧啟動(dòng)時(shí)(60s)和啟動(dòng)后1min時(shí)(120s)的通道中軸面能見度分布云圖．在添加細(xì)水霧之前，狹長通道內(nèi)形成了穩(wěn)定的煙氣層．在開啟細(xì)水霧1min后，可以看出細(xì)水霧限制了煙氣向下游的擴(kuò)散，無消煙模型工況能見度為6m左右，而由于有消煙模型細(xì)水霧阻煙和消煙沉降作用，下游的上層煙氣濃度有更明顯的降低，能見度提高，大于8m．而且上游通道上層的能見度情況也有改善．但施加細(xì)水霧后，煙氣溫度下降，熱浮力降低，也導(dǎo)致火災(zāi)煙氣向通道下方的擴(kuò)散沉降，導(dǎo)致下方的能見度下降．

4.3?細(xì)水霧捕集煙塵分析

圖10為細(xì)水霧顆粒中煙塵質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布情況.在初始離散相的定義中，離散相顆粒類型為水和煙塵的混合物離散相，離散相中水的初始百分比為100%，從圖中可以發(fā)現(xiàn)兩側(cè)細(xì)水霧滴中的煙塵濃度大于0.1%，說明在添加消煙模型后細(xì)水霧滴成功捕獲了煙塵．而觀察圖11細(xì)水霧作用后排出通道的煙塵量與進(jìn)入通道煙塵量之比發(fā)現(xiàn)，兩者比值在110s后基本穩(wěn)定(0.6)，而通道內(nèi)的能見度也基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明此時(shí)通道中細(xì)水霧的消煙效率達(dá)40%左右，與文獻(xiàn)[12]中相同細(xì)水霧設(shè)置下消煙效率的理論計(jì)算值(最大50%)基本相符．

圖9?通道中軸面能見度分布

圖10?細(xì)水霧中的煙塵質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布

圖11?排出和進(jìn)入通道煙塵量之比

5?結(jié)?論

依據(jù)細(xì)水霧捕集煙塵顆粒機(jī)理，構(gòu)建細(xì)水霧消煙降溫模型，并對(duì)模擬隧道中的細(xì)水霧阻隔煙氣工況進(jìn)行仿真模擬分析，研究結(jié)果表明：

(1) 細(xì)水霧的降溫效果主要依靠液滴的蒸發(fā)，細(xì)水霧消煙機(jī)理對(duì)降溫過程影響可以忽略．

(2) 細(xì)水霧消煙機(jī)理在細(xì)水霧水幕阻煙過程中起到關(guān)鍵作用，有消煙模型時(shí)預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值基本吻合，穩(wěn)定在9m左右，消煙效率為40%左右，無消煙模型時(shí)能見度(約5m)低于實(shí)驗(yàn)值約45%．

［1］ 霍?然，胡?源，李元洲. 建筑火災(zāi)安全工程導(dǎo)論[M]. 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2009.

Huo Ran，Hu Yuan，Li Yuanzhou.[M]. Hefei：University of Science and Technology of China Press，2009(in Chinese).

［2］ 童朝陽，陰憶烽，黃啟斌，等. 火災(zāi)煙氣毒性的定量評(píng)價(jià)方法評(píng)述[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2005，5(4)：101-105.

Tong Chaoyang，Yin Yifeng，Huang Qibin，et al. Re-view of quantitative assessment methods on fire smoke toxicity[J].，2005，5(4)：101-105(in Chinese).

［3］ 楊?琦. 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)[J]. 消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2003(10)：11-14.

Yang Qi. High-pressure water mist fire extinguishing sys-tem technology[J].2003(10)：11-14(in Chinese).

［4］ Technical Committee 3.3 Road Tunnel Operation. Fixed Fire Fighting Systems in Road Tunnels：Current Practices and Recommendations(2016R03EN)[R]. Permanent International Association of Road Congresses，2016.

［5］ Amano R，Izushi Y，Kurioka H，et al. Water screen fire disaster prevention system[J].2005，57(4)：365-369.

［6］ Sun J，F(xiàn)ang Z，Tang Z，et al. Experimental study of the effectiveness of a water system in blocking fire-induced smoke and heat in reduced-scale tunnel tests[J].，2016，56：34-44.

［7］ 陶亮亮，王浩然，劉振撼，等. 水幕排煙系統(tǒng)對(duì)煙氣控制及排煙效率的影響研究[J]. 中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2021，31(2)：120-126.

Tao Liangliang，Wang Haoran，Liu Zhenhan，et al. Study on influence of water curtain smoke exhaust sys-tem on smoke control and exhaust efficiency[J].，2021，31(2)：120-126(in Chinese).

［8］ Collin A，Lechêne S，Boulet P，et al. Water mist and radiation interactions：Application to a water curtain used as a radiative shield[J].，：，2010，57(8)：537-553.

［9］ 房玉東. 細(xì)水霧與火災(zāi)煙氣相互作用的模擬研究[D]. 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2006.

Fang Yudong. Simulation Study on the Interaction Be-tween Water Mist and Fire Smoke[D]. Hefei：State Key Laboratory of Fire Science，University of Science and Technology of China，2006(in Chinese).

［10］ 潘李偉. 煙氣控制條件下狹長空間煙氣分層蔓延特性研究[D]. 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2011.

Pan Liwei. On the Characteristics of Smoke Stratified Transportation with Smoke Control in Tunnel[D]. Hefei：State Key Laboratory of Fire Science，University of Science and Technology of China，2011(in Chinese).

［11］ McGrattan K，Baum H，Rehm R，et al. Fire Dynamics Simulator(Version 3)：Technical Reference Guide (NISTIR 6783)[EB/OL]. https://www.nist.gov/publica-tions/fire-dynamics-simulator-version-3-technical-reference-guide-nistir-6783，2002.

［12］ 梁?強(qiáng). 狹長空間火災(zāi)中細(xì)水霧型水幕阻煙性能實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用研究[D]. 北京：北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，2017.

Liang Qiang. Experimental and Application Research on Smoke Suppression Performance of Water Mist Water Curtain in Long Narrow Space Fire[D]. Beijing：School of Civil Engineering and Architecture，Beijing University of Technology，2017(in Chinese).

［13］ 周?剛. 綜放工作面噴霧降塵理論及工藝技術(shù)研究[D]. 青島：山東科技大學(xué)自然資源與環(huán)境工程學(xué)院，2009.

Zhou Gang. Research on Spray Dust Reduction Theory and Technology of Fully Mechanized Caving Mining Face[D]. Qingdao：School of Natural Resources and Environmental Engineering，Shandong University of Science and Technology，2009(in Chinese).

［14］ 聶?文，彭慧天，劉陽昊，等. 風(fēng)流影響霧滴與塵粒耦合沉降的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，35(6)：30-36.

Nie Wen，Peng Huitian，Liu Yanghao，et al. Experimental research on the coupling and settlement of droplets and dust particles influenced by airflow[J].()，2016，35(6)：30-36(in Chinese).

［15］ Jung C H，Lee K W. Filtration of fine particles by multiple liquid droplet and gas bubble systems[J].，1998，29(5)：389-401.

［16］ Licht W.：[M]. New York：CRC Press，1988.

［17］ 竹?濤，徐東耀，于?妍. 大氣顆粒物控制[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

Zhu Tao，Xu Dongyao，Yu Yan.[M]. Beijing：Chemical Industry Press，2013(in Chinese).

［18］ Kim H T，Jung C H，Oh S N，et al. Particle removal efficiency of gravitational wet scrubber considering dif-fusion，interception，and impaction[J].，2001，18(2)：125-136.

［19］ Lee K W，Liu B Y H. On the minimum efficiency and the most penetrating particle size for fibrous filter[J].，1980，30(4)：377-381.

［20］ 李德文. 復(fù)合除塵機(jī)理及其應(yīng)用的研究[D]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，2003.

Li Dewen. Research on the Mechanism and Application of Compound Dust Removal[D]. Xuzhou：School of Safety Engineering，China University of Mining and Technology，2003(in Chinese).

［21］ Hurley M J，Gottuk D，Hall J R，et al.[M]. New York：Springer，2016.

Smoke Suppression Model of Water Mist Based on Euler-Lagrangian Method

Niu Yi1，Ding Liang1，Li Pan2，Zhang Ying1

(1. School of Safety Science and Emergency Management，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China；2. Wuhan Second Ship Design and Research Institute，Wuhan 430070，China)

The water mist curtain has a good smoke control and suppression effect in tunnel fires. The current numerical simulation of water mist smoke suppression fails to consider the trapping and sedimentation effect of water mist. In this paper，based on the principle of aerosol dynamics and the Euler-Lagrangian method，the water mist cooling and smoke elimination model is constructed，with the inertial collision of water mist and the capture mechanism of interception effect and diffusion effect taken into consideration. The experiment on water mist cooling and smoke resistance in the narrow channel is simulated，and the results show that the simulation results are highly consistent with the experimental ones and the visibility is stable at about 9 m. The smoke suppression model has little effect on the cooling effect of water mist，but it plays a key role in the smoke suppression process. When the smoke suppression model is not considered，the simulated value of visibility is only 5 m，about 45% lower than the experimental value，which shows that the model can effectively characterize the cooling，blocking and smoke suppression effects of water mist on smoke.

water mist；fire smoke；smoke suppression model；Euler-Lagrangian method

X932

A

1006-8740(2023)01-0019-08

10.11715/rskxjs.R202112010

2021-12-18．

牛?奕（1986—??），男，博士，副教授，niuyi@whut.edu.cn.

張?英，男，博士，教授，yzhang@whut.edu.cn.

(責(zé)任編輯：隋韶穎)