导热和绝热隧道顶棚近壁面火灾烟气层特性

胡嘉伟 毛军 郗艳红 刘斌

(北京交通大学 土木建筑工程学院，北京 100044)

隧道火灾是最易发生、造成后果亦最严重的灾害之一，一直受到各方的高度关注[1- 2]。既有研究对隧道火灾的烟气扩散特性进行了诸多分析，例如燃烧时产生的最大烟气温度[3- 4]，烟气的逆流长度[5- 7]以及通风条件下的临界风速等[8- 9]。对近壁面烟气层的分层效应及内部流动的研究则相对较少。

关于烟气层在纵向温度分层模型的预测，Newman[10]通过相似模拟实验提出了基于无量纲Fr数的烟气运动区域模型的理论。Ingason[11]通过实验研究了烟气层的温度与浓度的分布差异。 Delichatsios[12]提出了一种以平均温度界定隧道顶棚射流的温度衰减经验公式。Hu等[13]通过全尺寸实验方法和理论推导，提出了在忽略空气卷吸作用弱对流条件下的温度指数衰减模型。Oka等[14]通过一系列实验，研究了水平模型隧道在自然通风下燃烧产生的顶棚射流的厚度、水平速度以及温度分布情况。上述研究工作一般在数值模拟计算中简化了隧道顶棚的传热特性。Tang等[15]通过模型实验分析了在纵向通风和顶部排烟下热烟气与新鲜空气流动层的物理机制，扩充了烟气流动的分层理论。目前已有研究成果对壁面热交换作用影响下隧道近壁面区域的温度分布和烟气流动还需要进一步讨论，文中通过一系列模拟计算结果，在基础的自然通风条件下，对比顶棚材料在导热绝热情况的近壁面温度分布现象。

1 数值模拟与试验验证

1.1 火灾场景设计

在原型尺寸隧道火灾实验的基础上采用FDS(Fire Dynamics Simulator)软件进行隧道顶棚导热和绝热条件下火灾工况的数值模拟计算。……