水平隧道臨界風(fēng)速研究摘要：本文結(jié)合國內(nèi)某長大公路隧道設(shè)計(jì)，建立300m長的水平隧道空間模型，通過CFD模擬確定臨界風(fēng)速的影響因子及相應(yīng)的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式。關(guān)鍵字：水平隧道臨界風(fēng)速影響因子1引言縱向通風(fēng)由于采用臨界風(fēng)速設(shè)計(jì)，具有鮮明的煙霧控制特點(diǎn)，在國內(nèi)外隧道工程中的應(yīng)用越來越廣泛。1.1Kennedy臨界風(fēng)速[1]（1）其中，vc為臨界風(fēng)速，m/s；Qc對(duì)流換熱量，kW；g為重力加速度，m/s2；為斷面當(dāng)量直徑，m；T是煙氣溫度，K；T0是周圍空氣溫度，K；ρ0空氣密度，kg/m3；cp空氣比熱，kJ/kgK；kg坡度修正，取1.0（平坡/上坡）或1+0.0374grade0.8（下坡）。1.2Atkinson實(shí)驗(yàn)[2-4]Oka和Atkinson采用1/10縮尺模型，選擇丙烷燃燒源，研究水平隧道煙氣運(yùn)動(dòng)，得到如下規(guī)律：其中：式中：kv與燃燒器類型有關(guān)，介于0.22～0.38之間。顯然，上述結(jié)論與Kennedy風(fēng)速不一致。v∝Q1/3規(guī)律僅適于小規(guī)?；馂?zāi)；當(dāng)火災(zāi)強(qiáng)度Q超過某一臨界值，臨界風(fēng)速基本不變。2臨界風(fēng)速CFD模擬2.1隧道概況隧道全長8.1公里，雙洞單向三車道隧道，襯砌內(nèi)徑13.7m，襯砌外徑15m，當(dāng)量直徑＝10.64m。2.2控制方程的建立火災(zāi)是一個(gè)涉及紊流、燃燒、傳熱的多相流動(dòng)過程。模選擇浮力修正模型、六通量模型及EDM模型，建立控制方程組如下：（3）變量、輸運(yùn)系數(shù)、源項(xiàng)及參數(shù)見表1、表2。件表紐1加遼控制方程嗽及變量參快數(shù)冬表帆斧u詳i框μ虛k疲μ標(biāo)/淚σ耳k煉ε華μ距/虛σ施ε足H民μ巧/胞σ笨h指m穩(wěn)fu炕μ孝/擦σ搖fu致-R傳fu睛m輛ox腦μ員/副σ略ox宏-4R撕fu廟1/(a阿+s)確1紙0旨0健表精2糾德模型基本頓常之?dāng)?shù)違鑰1.44異1.92泛0.09稅1.0絡(luò)1.3商0.25遠(yuǎn)2.3呼儉邊界條件脫的確定股（匠1姓）進(jìn)口邊侮界：采用較小紊動(dòng)假且設(shè)，通風(fēng)侄系統(tǒng)入口樸的湍動(dòng)能吊及能量耗徐散率確定殊如下：，（4）家（席2督）壁面邊偏界：壁面株采鑄用檢Laun愿de著r吊和哨Spal被din蘇g績推薦的標(biāo)販準(zhǔn)壁面函胞數(shù)喘[5]餓，不計(jì)壁止面與外界刻的換熱。榴（慰3土）出口邊穴界：沿流決動(dòng)方向各評(píng)流動(dòng)參數(shù)朝導(dǎo)數(shù)為零猜。稠2.秩4哀計(jì)算工況裙的確定菠臨界風(fēng)速爬的影響因括素頗多，河包括火災(zāi)財(cái)強(qiáng)度、燃吳料類型、申隧道坡度處、斷面形朗狀、送風(fēng)住溫度等。辮模擬重點(diǎn)歲分析送風(fēng)脹溫度及火謠災(zāi)強(qiáng)度的享影響。為劍了便于分梯析，本文茫以控制上望風(fēng)方向火俱源邊緣（悄x冒＝輝147.脆6愚m重）煙氣逆栽流消失為終準(zhǔn)，確定花臨界風(fēng)速竭。同時(shí)定擠義如下特錢征界面：菠上風(fēng)方向鄰距火毅源私1妹處青x若＝駱136透.96舒m木。創(chuàng)2.廊5掘送風(fēng)溫度四對(duì)臨界風(fēng)樹速的影響風(fēng)取濁HR階R辜＝性5M燈W輕，通風(fēng)速旱度拌v=1.虎64m/朽s肚，改變送并風(fēng)溫度，傾隧道中心穿線不同位錘置速度分鞏布見禁圖裳1傾。顯然，遣送風(fēng)溫度臘對(duì)火源周瓣圍及上風(fēng)仿方向速度陡場(chǎng)的影響仔很小，可鞠以忽略不旁計(jì)。即近輪似認(rèn)為臨頃界速度與濃送風(fēng)溫度欺無關(guān)。便2.6蒜貓火災(zāi)強(qiáng)度送對(duì)臨界風(fēng)袋速的影響創(chuàng)2.6.寸1CF食D毛模擬結(jié)果他取送風(fēng)溫延度擱t厘＝艘3喜0繼℃蛙，改變火壯災(zāi)強(qiáng)度及禮縱向風(fēng)速開，據(jù)此確燈定臨界風(fēng)兼速濫v費(fèi)c節(jié)，變量無客量綱化見恥表趕3亭。不同火帝災(zāi)強(qiáng)度下硬，臨界速僑度分布比誕較見叫圖端2加。誓顯然則，英CF訓(xùn)D殃模擬風(fēng)速蹦要大輝于冒Kenn奮ed絨y森臨界風(fēng)速達(dá)。當(dāng)火災(zāi)貸強(qiáng)度較小盯時(shí)（孕Q酷≤胡30M清W津），變化藥趨勢(shì)一致盆，兩者之康差凳v貿(mào)c茂-梅v壩c粉’臭≈劈0.礦3選；當(dāng)火災(zāi)買強(qiáng)度較大若時(shí)饅（映40M屑W田≤航Q會(huì)≤辯80M辮W倡）撫，數(shù)Kenn案ed球y礙臨界風(fēng)速障仍滿足余v諷c乓’∝亡Q秘1/3水，但模擬裙風(fēng)速隨火拿災(zāi)強(qiáng)度變丈化明顯趨講于緩慢。作表畜3護(hù)篩臨界風(fēng)速親匯沸總懸虛Q燒/MW顛Q夸*另v禁c艷’奧/m/曾s伙v幫c蝶/m/s扁v齊*懸Q炮/MW疑Q株*齡v繩c本’角/m/尊s您v押c翠/m/s漆v謀*型5撈0.01員2危1.34漲1.64膽0.16袍1廉40源0.09素7跪2.49蜂2.76博0.27教0幕10碗0.02茄4村1.67氧1.98旁0.19搭4森50昌0.12秤2糕2.64沉2.87舅0.28袍1尊20消0.04農(nóng)9出2.05未2.36屈0.23拿1溉60伴0.14周6逃2.77狠2.94高0.28牛8劃30為0.07教3飄2.30速2.61粱0.25局6津80四0.19軋5司2.97繁3.06流0.30啟0般注：椒v累c撲’濕為勒Kenn咐ed密y翁臨界風(fēng)速鋸；胸v姜c罵為籌CF希D乳模擬臨界英風(fēng)速避。遞瓶顯然蓄，核CF竹D似模擬風(fēng)速怎要大駁于你Kenn拐ed處y須臨界風(fēng)速雖。當(dāng)火災(zāi)廟強(qiáng)度較小題時(shí)（秧Q咽≤球30M幻W昨），變化買趨勢(shì)一致訊，兩者之謊差妹v沾c便-桌v巨c稅’奔≈睛0.護(hù)3紫；當(dāng)火災(zāi)挨強(qiáng)度較大螞時(shí)桐（帖40M坐W翻≤欄Q究≤盲80M鑄W急）夏，擺Kenn卵ed材y魄臨界風(fēng)速子仍滿足爪v喘c釋’∝悲Q產(chǎn)1/3志，但模擬嚴(yán)風(fēng)速隨火志災(zāi)強(qiáng)度變搏化明顯趨因于緩慢。襲2.6.膀2曉霸大尺度火哨災(zāi)試驗(yàn)比淋較倚本研究由征于多種原畏因，無法銅進(jìn)行大尺律度模型試害驗(yàn)對(duì)結(jié)果子進(jìn)行驗(yàn)證民。為此，遺本文選擇竄英國健康超與安全實(shí)陪驗(yàn)室邊（蠶HS絡(luò)L竭）尺Buxt虛o緒n心試驗(yàn)結(jié)果泡與葵CF惜D磚模擬進(jìn)行畏比較。該晃試驗(yàn)選址購在一個(gè)記長蠶366御m事的拱形礦細(xì)井巷道，惱煤油池尺鬼寸隨火災(zāi)電強(qiáng)度眉（擴(kuò)0.沃3外～史20M脆W慚）變化不惑等，縱向玩風(fēng)速控制劑在牌0.5~導(dǎo)4m/檢s隆，主要參偽數(shù)見按表葛4[6-衰7煤]纖。燒表桌4Bu拿xto珍n紅試驗(yàn)結(jié)昂果雀壞Geom座etry垂Q軍/kW倍Q三*噸v侄c玉/m/s策v款*彩H=2.啊44mW騾=2.7天4m奮=2.3引8m冊(cè)204千0.01夠9管0.90部8尤0.18忌8雪204戴0.01販9糾0.75災(zāi)7干0.15班7北570堤0.05范2莊1.03如7軌0.21厲5狠606埋0.05宜6掛1.43搭8夾0.29沈8爛1040罪0.09踢6削1.36殊3亡0.28呢2但1230丸0.11沙3碧1.38患7被0.28華7漿1290喜0.11準(zhǔn)9描1.40禿0商0.29斑0咬根據(jù)必圖松3挑，插CF晴D言模擬結(jié)果濕與直Buxt瘋o兩n誓試驗(yàn)規(guī)律構(gòu)相似。即線當(dāng)徹Q勇*戚超過一定啦范圍時(shí)，仿v委*瞧對(duì)綢Q句*野的變化不斥再敏感，標(biāo)變化趨于井緩慢。而俘這案與酬Atki朋nso彎n糠研究結(jié)論守也較為吻蘆合，進(jìn)一廟步說擁明捏Kenn臥ed與y艷臨界風(fēng)速竭的應(yīng)用具事有局限性較，有待修苦改。香本文將模青擬結(jié)果整蘭理成如下肥無量綱形汽式：戀（遍0.01訪2撞≤挨Q保*徐≤架0.19此5圓）歉(5)舉3結(jié)論孫本文結(jié)合魯某長大公抬路隧道設(shè)也計(jì)，通馳過狐CF允D激模擬分析襲送風(fēng)溫度冷、火災(zāi)強(qiáng)穗度對(duì)臨界乖風(fēng)速的影烘響，并掏與花Kenn塊ed普y澆臨界風(fēng)速碗及庫Buxt業(yè)o瑞n跑試驗(yàn)結(jié)果再進(jìn)行了比款較。結(jié)果鄙表明：捎（捎1灰）與火災(zāi)飄強(qiáng)度相比田，送風(fēng)溫簽度對(duì)臨界禍風(fēng)速的影王響很小，秤可以忽略昌不計(jì)。疏（袍2停）當(dāng)浮Q嘴≤喂30M滲W祥時(shí)，臨界吳風(fēng)速對(duì)葵Q技反應(yīng)敏感困，隨著詞Q獅的增大顯亂著增加；嫁當(dāng)標(biāo)40M往W銅≤唯Q黎≤按80M脾W紛，模擬風(fēng)奏速變化明掀顯趨于緩衡慢。創(chuàng)（鑒3癥）相CF獅D暢模擬結(jié)果某與粗Buxt掙o債n努試驗(yàn)園、凳Atki麗nso展n皂研究結(jié)論斃較為吻合久，但喊與占Kenn退ed島y此臨界風(fēng)速騾結(jié)果相差惹較大。參考文獻(xiàn)勺[1]D漠a(chǎn)nzi倚erN濕H,K刺enne從dyW舉D.L予ongi雨tudi旦nal電vent咬ilat簡ion溫anal嘴ysis旬for潤the汁Glen肝wood努can押yon柜tunn綱els.猶Pro聚ceed總ings米o(hù)f政the隸Four即thI語nter恨nati避onal虛Sym俘posi查umAe尊rody障nami頭csa鹽ndV搭enti并lati晌ono乒fVe翅hicl辜eTu患nnel壯s,1禽982.塞p.16醬9-86耐[2]O柏kaY俘,At傲kins袍onG咳T.Co悟ntro吧lof于smo遲kef欄low概int近unne隙lfi攏res[碎J].妄Fire鞭Saf命ety嘩Jour殊nal.途199蘋5,25涂:305謎-22.甲[3]A陣tiki業(yè)nson材GT,琴Wu債Y.Sm睜oke裕cont套rol蘿ins勸lopp貴ing滴tunn涉els[耕J]F拌ire泥Safe浴tyJ葉ourn江al,邪1996溜,27:呢335-踩41促[4]W徐uY,激Bak瓣erM械ZA順.Con強(qiáng)trol變of御smok自efl置owi村ntu營nnel辭fir遼esu腔sing腥lon顏gitu宅dina閣lve巖ntil鍋atio尾nsy演stem玻s-as案tudy逼of顫crit摸ical品vel寺ocit座y[J]價(jià).Fi愚r(nóng)eS先afet漏yJo碼urna寶l,2靠000,框35:事363混-390瘋[5美]鐮陶文飾銓堡.采計(jì)算流體刪力數(shù)學(xué)夾[M]量.主北羨京累:糠中國建筑奶工業(yè)出版趕社承，責(zé)1991打.缺[6]B叨etti德sRJ投,Ja充gger尚,Wu厭Y.I覺nter結(jié)imv洪alid茫atio稱nof課tun腫nel簡fire嚴(yán)con喇sequ厘e(cuò)nce省mod輔els;漢sum區(qū)mary及of誘phas妥e2斷test毒s.Th套eHe為alth單and渴Saf董ety底Labo斑rato進(jìn)ryR識(shí)epor純tIR難/L/F踏R/93赴/11,潮The沉Hea嶼lth柳and害Safe影tyE彈xecu貌tive交,UK岔,199痛3策[7]B洪etti廈sRJ通,Ja籌gger畫SF,掘Macm爸illa概nAJ昌R,H持ambl央eton