1?隧道簡(jiǎn)介及測(cè)點(diǎn)布置
1.1?隧道簡(jiǎn)介
南京城東干道隧道包含白下路(890 m)和龍?bào)粗新罚?410 m)2?段,每段隧道均含?3?種結(jié)構(gòu)形式:位于隧道進(jìn)出口的敞開(kāi)段、頂部開(kāi)口的半敞開(kāi)段和頂部封閉的暗埋段。由于龍?bào)粗新范嗡淼垒^長(zhǎng),故其成為火災(zāi)研究的重點(diǎn)。火源位置設(shè)在其最長(zhǎng)暗埋段的中央,取前后各?250 m?建立隧道模型,模型包含了火源前后各5組豎井。為了更精確地計(jì)算煙氣流動(dòng)規(guī)律,特在模型隧道兩側(cè)各加了250 m?的引道。
2.2?測(cè)點(diǎn)布置
本文中模型的各測(cè)點(diǎn)布置如圖1和圖2?所示。圖2僅為隧道一側(cè)的測(cè)點(diǎn)縱向布置示意圖。隧道此側(cè)的測(cè)點(diǎn)與另一側(cè)的測(cè)點(diǎn)是以火源點(diǎn)為中心對(duì)稱(chēng)布置。
2?模型的驗(yàn)證
“城市隧道豎井型自然通風(fēng)與防排煙研究”課題組對(duì)中山東路隧道進(jìn)行了火災(zāi)模擬實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)和火災(zāi)模型實(shí)驗(yàn),得到了大量珍貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果。現(xiàn)把FDS火災(zāi)模擬數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做對(duì)比,驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。
以隧道內(nèi)的溫度分布為例,本次數(shù)值模擬中,記錄了上游5 m、15 m、35 m、55 m?和下游5 m、15 m、35 m、45 m、55 m、65 m、75 m、85 m、100 m、120 m?處拱頂下方?0.5 m處的煙氣溫度,時(shí)間間隔為30 s,數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)記錄點(diǎn)一致。
從圖3中可以看出,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果雖存在一些差異,模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的溫度分布規(guī)律基本一致,各測(cè)點(diǎn)處溫度隨時(shí)間的變化總體趨于一致,這說(shuō)明本文所采用的FDS模型可以較好地預(yù)測(cè)隧道火災(zāi)溫度場(chǎng)的變化。
3?風(fēng)速風(fēng)向不同對(duì)火災(zāi)煙氣溫度場(chǎng)的影響
3.1?火災(zāi)模擬工況設(shè)置
本文對(duì)表1所示的9?種工況進(jìn)行模擬,其中風(fēng)速的選取考慮了南京市氣象條件:夏季平均風(fēng)速2.62 m/s,冬季平均風(fēng)速2.2 m/s,最大風(fēng)速8m/s。風(fēng)向見(jiàn)圖4。表中9?種工況的火災(zāi)強(qiáng)度為10MW,環(huán)境溫度為?10?℃。
3.2?溫度隨時(shí)間的變化
圖5和圖6分別為隧道頂部測(cè)點(diǎn)D3和D-3處各種工況下溫度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)。從圖5和圖?6中可以看出,在火災(zāi)發(fā)展階段,當(dāng)隧道外存在x方向和xy?風(fēng)向的自然風(fēng)時(shí),火區(qū)下游隧道頂部溫度將比無(wú)風(fēng)時(shí)先升高,且在此階段隧道頂部氣體溫度始終高于無(wú)風(fēng)時(shí),火區(qū)上游則相反。而存在y方向自然風(fēng)時(shí),火區(qū)上游和下游隧道頂部溫度升高速度與無(wú)風(fēng)時(shí)基本相同。這是由于隧道外自然風(fēng)使隧道內(nèi)氣體產(chǎn)生流動(dòng),且方向與隧道外相同,這種自然風(fēng)分別加快和延緩了煙氣向火區(qū)下游和上游的擴(kuò)散,使煙氣分別率先和滯后擴(kuò)散至下游和上游各測(cè)點(diǎn)處,而隧道外存在y方向的自然風(fēng)時(shí)隧道內(nèi)不會(huì)形成縱向自然風(fēng),故溫度升高時(shí)間與無(wú)風(fēng)時(shí)相同。
從圖5?和圖6?中還可以看出,當(dāng)火災(zāi)進(jìn)入穩(wěn)定階段時(shí),對(duì)于火區(qū)下游,當(dāng)存在x方向和xy方向的自然風(fēng)時(shí),無(wú)風(fēng)時(shí)溫度低于有風(fēng)時(shí),并且存在x方向自然風(fēng)時(shí)的溫升速度比存在?xy?風(fēng)向時(shí)大,火區(qū)上游則相反。這是因?yàn)榇嬖谙嗤俣鹊膞方向和xy方向自然風(fēng)時(shí),xy方向自然風(fēng)的x方向速度分量小于?x?方向,因此在火區(qū)下游相同風(fēng)速的?x方向自然風(fēng)與?xy?方向的相比,能更快的將火區(qū)的煙氣傳遞至下游各測(cè)點(diǎn),在火區(qū)上游x方向自然風(fēng)將對(duì)煙氣的傳遞產(chǎn)生更強(qiáng)阻滯。在穩(wěn)定階段存在y方向自然風(fēng)時(shí),無(wú)論火區(qū)上游還是下游,無(wú)風(fēng)和有風(fēng)時(shí)的溫度升高速度基本相同。
3.3?縱向溫度場(chǎng)的分布
圖7?為火災(zāi)發(fā)生?900s?時(shí),各工況下隧道頂部煙氣溫度縱向分布圖。從圖?7?可以看出,各有風(fēng)工況下火災(zāi)煙氣縱向溫度分布規(guī)律與無(wú)風(fēng)時(shí)基本相同,在暗埋段服從指數(shù)衰減,在豎井段服從線(xiàn)性衰減;除工況?7?外,有風(fēng)工況在測(cè)點(diǎn)D1?處的溫度都低于無(wú)風(fēng)工況,這是由于外界風(fēng)使隧道內(nèi)氣體流動(dòng),增加了火源羽流的卷吸量,使火源周?chē)臒煔鉁囟鹊陀跓o(wú)風(fēng)時(shí)火源周?chē)臒煔鉁囟?;隨著遠(yuǎn)離火源,有風(fēng)與無(wú)風(fēng)時(shí)溫差逐漸減小,到D2處已基本相等。從圖7(a)可以看出,x?風(fēng)向各工況火區(qū)下游隧道頂部煙氣溫度除?D1?點(diǎn)外,都比火區(qū)上游對(duì)稱(chēng)測(cè)點(diǎn)溫度高,表明存在x方向的自然風(fēng)時(shí),火區(qū)下游隧道頂部縱向溫降比火區(qū)上游小,且蔓延的范圍比上游大;從圖中還發(fā)現(xiàn),火區(qū)下游D3?到?D10?段,風(fēng)速越大煙氣溫度越高,火災(zāi)煙氣在火區(qū)下游的影響范圍也越大。從圖7(b)可以看出,除?D1?點(diǎn)外,工況4和工況?5火區(qū)下游隧道頂部各測(cè)點(diǎn)煙氣溫度比火區(qū)上游對(duì)稱(chēng)測(cè)點(diǎn)高,工況6則相反。這表明當(dāng)存在一定xy?方向自然風(fēng)時(shí),火區(qū)下游煙氣比上游蔓延的范圍大,但當(dāng)風(fēng)速超高某值后情況相反。同時(shí)發(fā)現(xiàn)相同測(cè)點(diǎn)處工況?5?的溫度高于工況?4,這表明風(fēng)速越大,其在火區(qū)下游的影響范圍也越大。從圖7(c)可以看出,工況?8?火區(qū)上游的各點(diǎn)比下游對(duì)稱(chēng)測(cè)點(diǎn)的溫度高,且煙氣在火區(qū)上游的擴(kuò)散范圍大,工況?9?相反。
3.4?橫向溫度分布
圖8、圖9、圖10和圖11分別為火災(zāi)發(fā)生900s時(shí)火區(qū)下游和上游距離火源60 m?和?136 m(第一組豎井與第二組豎井之間)處隧道頂部(5.5 m)氣體溫度橫向分布曲線(xiàn)。從各圖的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),無(wú)論在60 m?還是?136 m?處,無(wú)論有風(fēng)還是無(wú)風(fēng)工況,隧道火區(qū)上游和下游煙氣溫度橫向分布規(guī)律相同,都是豎井側(cè)煙氣溫度低于無(wú)豎井側(cè)煙氣溫度,并且136 m?處溫差比60 m?處大。
4?結(jié)論
本文利用火災(zāi)模擬軟件FDS對(duì)各種風(fēng)速風(fēng)向條件下豎井型自然通風(fēng)城市隧道火災(zāi)工況進(jìn)行了模擬,并對(duì)各種條件下的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析,主要得出以下結(jié)論:
(1)在火災(zāi)發(fā)展階段,當(dāng)隧道外存在?x?方向和?xy?風(fēng)向的自然風(fēng)時(shí),隧道火區(qū)下游隧道頂部溫度將比無(wú)風(fēng)時(shí)先升高,對(duì)于火區(qū)上游則相反。
(2)當(dāng)火災(zāi)進(jìn)入穩(wěn)定階段后,當(dāng)存在?x?方向和?xy?方向的自然風(fēng)時(shí),在火區(qū)下游無(wú)風(fēng)時(shí)溫度低于有風(fēng)時(shí),并且存在x風(fēng)向自然風(fēng)時(shí)的溫度升高速度大于存在xy?風(fēng)向時(shí)的溫度升高速度,對(duì)于火區(qū)上游則相反。
(3)存在?y?方向自然風(fēng)時(shí),在火災(zāi)的發(fā)展和穩(wěn)定階段,無(wú)論是火區(qū)上游還是下游,無(wú)風(fēng)和有風(fēng)時(shí)的溫度升高速度基本相同。
(4)各種有風(fēng)工況下火災(zāi)煙氣縱向溫度分布規(guī)律與無(wú)風(fēng)工況下基本相同,在隧道暗埋段服從指數(shù)衰減,在豎井段服從線(xiàn)性衰減。并且無(wú)論有風(fēng)工況還是無(wú)風(fēng)工況,火源兩側(cè)的縱向溫度場(chǎng)均不對(duì)稱(chēng)。
(5)無(wú)論有風(fēng)工況還是無(wú)風(fēng)工況,隧道火區(qū)上游和火區(qū)下游隧道頂部煙氣溫度橫向分布規(guī)律均相同,都是豎井側(cè)煙氣溫度低于無(wú)豎井側(cè)煙氣溫度,并且隨著與豎井的接近,兩者間的溫差增大,可見(jiàn)隧道內(nèi)煙氣溫度橫向分布受隧道結(jié)構(gòu)影響較大。