隧道运动体火灾温度分布及烟气输运特性

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.08.2156

中国安全科学学报 ›› 2023, Vol. 33 ›› Issue (8): 77-83.doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.08.2156

隧道运动体火灾温度分布及烟气输运特性

安伟光¹^,²(), 广大庆¹

¹ 中国矿业大学江苏省城市地下空间火灾防护高校重点实验室,江苏徐州 221116
² 徐州高新区安全应急装备产业技术研究院,江苏徐州 221116

收稿日期:2023-02-20 修回日期:2023-05-22 出版日期:2023-10-08
作者简介:
安伟光 (1986—),男,河北无极人,博士,教授,博士生导师,主要从事重大基础设施火灾安全及应急救援方面的研究。E-mail:weiguang@cumt.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金资助(51974298); 国家自然科学基金资助(52374244); 中央高校基本科研业务费专项资金项目(2021ZDPYYQ004); 中国矿业大学双一流建设自主创新项目(2022ZZCX05K02); 中国矿业大学教学研究项目(2022ZDKT02-208)

Temperature distribution and smoke transport characteristics of moving body fire in tunnel

AN Weiguang¹^,²(), GUANG Daqing¹

¹ Jiangsu Key Laboratory of Fire Safety in Urban Underground Space, China University of Mining and Technology, Xuzhou Jiangsu 221116, China
² Xuzhou High-tech Zone Safety Emergency Equipment Industrial Technology Research Institute, Xuzhou Jiangsu 221116, China

Received:2023-02-20 Revised:2023-05-22 Published:2023-10-08

摘要/Abstract

摘要：

为探究火源功率对隧道运动体火灾的影响,运用计算流体力学(CFD)软件Fluent模拟研究隧道内温度分布及烟气输运特性,建立隧道顶棚最高温度和平均温度随运动体运行距离衰减的预测模型。结果表明:火源功率越大,顶棚温度越高,高温区面积和影响范围也越大,火源后方出现卷吸燃烧形成的涡旋团流,使得温度分布和烟气输运在垂直空间内呈现出与静止火源不同的规律,同时烟气扩散范围和含量随火源功率增大而增大;在整个运动过程中,隧道顶棚最高温度与运动体在隧道内的运行距离呈3次多项式函数关系,而平均温度则与之呈线性函数关系。

关键词: 隧道运动体火灾, 火源功率, 温度分布, 烟气输运, 数值模拟

Abstract:

In order to explore the influence of fire source power on tunnel moving body fire, the computational fluid dynamics (CFD) software Fluent was used to simulate the temperature distribution and smoke transport characteristics in the tunnel. The prediction model of the maximum and average temperature of the tunnel ceiling with the running distance of the moving body was established. The results show that the greater the fire source power, the higher the ceiling temperature, and the larger the area and influence range of the high temperature zone. The vortex flow formed by entrainment combustion appears behind the fire source, which makes the temperature distribution and smoke transport show different rules from the static fire source in the vertical space. At the same time, the diffusion range and content of smoke increase with the increase of fire source power. During the whole movement process, the highest temperature of the tunnel ceiling has a cubic polynomial function relationship with the running distance of the moving body in the tunnel, while the average temperature has a linear function relationship with it.

Key words: moving body fire in tunnel, fire source power, temperature distribution, smoke transport, numerical simulation

安伟光, 广大庆. 隧道运动体火灾温度分布及烟气输运特性[J]. 中国安全科学学报, 2023, 33(8): 77-83.

AN Weiguang, GUANG Daqing. Temperature distribution and smoke transport characteristics of moving body fire in tunnel[J]. China Safety Science Journal, 2023, 33(8): 77-83.

图/表 11

图1

图2

图3

图4

图5

表1

表2

各物理量单位量纲汇总

序号	符号	单位	量纲
1	T_max	K	T
2	T₀	K	T
3	X	m	L
4	H	m	L
5	$Q ˙$	kJ/s	L^-2Mθ^-3
6	v	m/s	Lθ^-1
7	v_t	m/s	Lθ^-1
8	C_p	J/(kg·K)	L²θ^-2T^-1
9	ρ₀	kg/m³	ML^-3
10	g	m/s²	Lθ^-2

表2

图6

表3

表4

图7

参考文献 15

[1]	徐志胜, 周庆, 徐彧, 等. 运行旅客列车隧道火灾模拟实验研究[J]. 中国安全科学学报, 2003, 13(7): 8-11.
	XU Zhisheng, ZHOU Qing, XU Yu, et al. Study on simulated fire experiment of running passenger train in tunnel[J]. China Safety Science Journal, 2003, 13(7): 8-11.
[2]	屈璐, 陈超, 杨英霞, 等. 地铁列车区间隧道着火时行车安全性的讨论[J]. 地下空间与工程学报, 2007, 3(5): 832-836.
	QU Lu, CHEN Chao, YANG Yingxia, et al. Discussion about safe velocity of on-fire train in subway tunnel[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2007, 3(5): 832-836.
[3]	ZHOU Dan, TIAN Hongqi, ZHENG Jinli, et al. Smoke movement in a tunnel of a running metro train on fire[J]. Journal of Central South University, 2015, 22(1): 208-213. doi: 10.1007/s11771-015-2511-0
[4]	李湘蕾. 地铁列车运动体火灾特性研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2011.
	LI Xianglei. Research on the fire characteristic of moving subway train[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2011.
[5]	李士戎. 移动火源对隧道温度场分布及烟气流动影响规律研究[D]. 西安: 西安科技大学, 2013.
	LI Shirong. Research on influence of moving fire on temperature field distribution and smoke spread in tunnel[D]. Xi'an: Xi'an University of Science and Technology, 2013.
[6]	WANG Zhe, ZHOU Dan, KRAJNOVIC S, et al. Moving model test of the smoke movement characteristics of an on-fire subway train running through a tunnel[J]. Tunnelling and Underground Space Technology, 2020, 96: DOI: 10.1016/j.tust.2019.103211.
[7]	朱春光. 狭长受限空间运动地铁列车火灾特性研究[D]. 天津: 天津大学, 2017.
	ZHU Chunguang. Characteristics of moving fire in long and confined subway tunnels[D]. Tianjin:Tianjin University, 2017.
[8]	江帆, 徐勇程, 黄鹂. Fluent高级应用与实例分析(第2版)[M]. 北京: 清华大学出版社, 2018:231-233.
[9]	何坤. 隧道多火源火灾特性及竖井自然排烟研究[D]. 合肥: 中国科学技术大学, 2021.
	HE Kun. Characteristics of multiple fires in the tunnel and smoke exhaustion using naturally ventilated shafts[D]. Hefei: University of Science and Technology of China, 2021.
[10]	HESKESTAD G, HAMADA T. Ceiling jets of strong fire plumes[J]. Fire Safety Journal, 1993, 21(1): 69-82. doi: 10.1016/0379-7112(93)90005-B
[11]	INGASON H, LI Yingzhen. Model scale tunnel fire tests with longitudinal ventilation[J]. Fire Safety Journal, 2010, 45(6): 371-384. doi: 10.1016/j.firesaf.2010.07.004
[12]	ALPERT R L. Calculation of response time of ceiling-mounted fire detectors[J]. Fire Technology, 1972, 8(3): 181-195. doi: 10.1007/BF02590543
[13]	DELICHATSIOS M A. The flow of fire gases under a beamed ceiling[J]. Combustion and Flame, 1981, 43(1): 1-10. doi: 10.1016/0010-2180(81)90002-X
[14]	HU Longhua, HUO Ran, LI Yuanzhou, et al. Tracking a ceiling jet front for hot smoke tests in tunnels[J]. Journal of Fire Sciences, 2007, 25(2): 99-108. doi: 10.1177/0734904107065888
[15]	姜学鹏, 陈欣格, 郭昆. 侧部点式排烟隧道火灾临界风速研究[J]. 中国安全科学学报, 2021, 31(3): 105-111. doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2021.03.015
	JIANG Xuepeng, CHEN Xin'ge, GUO Kun. Study on critical velocity of lateral point smoke extraction tunnel fire[J]. ChinaSafety Science Journal, 2021, 31(3):105-111.

隧道位置/m	拟合直线斜率	拟合优度R²
10	2.078 30	0.967 20
20	2.435 35	0.964 85
30	2.535 77	0.929 72
40	2.886 45	0.930 02

火源功率/MW	B₁	B₂	B₃	I	R²
50	99.679 28	7.575 33	0.161 20	221.689 95	1
100	14.451 15	0.900 83	0.018 08	114.277 49	1
150	63.101 38	4.629 16	0.106 03	-55.924 93	1
200	60.755 52	4.050 90	0.082 19	-15.295 95	1

火源功率/MW	P₁	P₂	R²
50	64.809 99	-2.351 09	0.880 78
100	141.000 27	-5.542 33	0.860 52
150	135.316 82	-4.835 27	0.958 44
200	148.877 70	-5.175 42	0.995 36

隧道运动体火灾温度分布及烟气输运特性

Temperature distribution and smoke transport characteristics of moving body fire in tunnel

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[1]	张颖, 黄国洪, 龙雨娇. 高层建筑不同外保温立面结构火蔓延模拟研究[J]. 中国安全科学学报, 2024, 34(5): 122-128.
[2]	彭敏, 潘翔骁, 何坤, 李忠辉, 朱国庆. 侧向多开口轨道列车火灾烟气输运特性[J]. 中国安全科学学报, 2024, 34(5): 129-138.
[3]	刘恩斌, 李茜, 寇博, 姜军, 李党建. 页岩气分离器阀套式排污阀冲蚀特性研究[J]. 中国安全科学学报, 2024, 34(5): 52-60.
[4]	何文, 卢博凯, 石文芳, 祝思雨, 刘金朋. 超声空化效应对细粒尾矿的增渗作用[J]. 中国安全科学学报, 2024, 34(5): 91-100.
[5]	夏勇, 安瑞楠, 张伟锋, 张超, 何坤, 林鹏. 高海拔长大水工隧洞群挡烟垂壁控烟机制[J]. 中国安全科学学报, 2024, 34(4): 58-66.
[6]	彭善碧, 罗雪. 埋地掺氢天然气管道泄漏扩散数值模拟研究[J]. 中国安全科学学报, 2024, 34(3): 63-69.
[7]	庞世俊, 陈大伟, 郗艳红. 低真空隧道列车车厢内部火灾温度分布特征[J]. 中国安全科学学报, 2024, 34(2): 138-143.
[8]	段继超, 宗琦, 汪海波, 王浩. 起爆顺序对台阶岩石破碎块度及爆破振动影响研究[J]. 中国安全科学学报, 2024, 34(2): 192-199.
[9]	熊小慧, 张朵朵, 耿语堂, 杨波, 唐明赞, 陈光. 400 km/h高速列车过隧道时列车风特性研究[J]. 中国安全科学学报, 2024, 34(1): 106-115.
[10]	彭善碧, 李薇, 唐平. 基于FLACS的地下暗厨房燃气爆炸数值模拟[J]. 中国安全科学学报, 2024, 34(1): 215-222.
[11]	王瑜, 焦晓亮, 赵长海, 宋德林. 露天煤矿吊斗铲倒堆工艺粉尘扩散特征研究[J]. 中国安全科学学报, 2023, 33(S2): 188-194.
[12]	张莉聪, 李斯曼, 周振兴. 煤矿瓦斯多相协同抑爆的研究进展与展望[J]. 中国安全科学学报, 2023, 33(S1): 97-104.
[13]	张健, 张鹏妍, 魏建平, SI Guangyao, 许博, 许振国. 巷道围岩调热圈分布特性研究:以羊场湾煤矿为例[J]. 中国安全科学学报, 2023, 33(8): 125-133.
[14]	仇培云, 陈俊沣, 程辉航, 龙增, 钟茂华. 地铁停车线区域通风排烟模式研究[J]. 中国安全科学学报, 2023, 33(7): 156-163.
[15]	李沛琳, 蒋仲安, 曾发镔. 制曲车间多尘源粉尘分布特征数值模拟[J]. 中国安全科学学报, 2023, 33(4): 130-139.