半橫向排煙公路隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散特性與排煙效果優(yōu)化研究一、引言1.1研究背景與意義隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進(jìn)，公路隧道作為現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其數(shù)量和長度持續(xù)增長。公路隧道在提升交通便利性的同時(shí)，也帶來了一系列安全問題，其中火災(zāi)事故尤為突出。公路隧道火災(zāi)具有火勢蔓延迅速、煙氣擴(kuò)散復(fù)雜、救援難度大等特點(diǎn)，一旦發(fā)生，往往會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失以及交通癱瘓，對社會(huì)經(jīng)濟(jì)和公眾安全產(chǎn)生巨大的負(fù)面影響。例如，2022年12月29日，韓國京畿道果川市葛峴洞第二京仁高速公路葛峴高架橋隔音隧道內(nèi)，一輛行駛中的5噸級(jí)卡車起火，火勢沿著隧道內(nèi)的塑料隔音墻體蔓延，過火路段的長度達(dá)到600米，造成5人死亡，3人受重傷，34人因吸入煙霧受輕傷，此次事故不僅導(dǎo)致人員傷亡，還致使該路段交通長時(shí)間中斷，對當(dāng)?shù)亟煌ê徒?jīng)濟(jì)造成了嚴(yán)重沖擊。在公路隧道火災(zāi)中，煙氣是造成人員傷亡和阻礙救援的關(guān)鍵因素。高溫、有毒的煙氣迅速擴(kuò)散，會(huì)降低隧道內(nèi)的能見度，使人員難以辨別逃生方向，同時(shí)還會(huì)對人體呼吸系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)造成損害，導(dǎo)致人員中毒、窒息。因此，有效控制火災(zāi)煙氣擴(kuò)散，及時(shí)排出煙氣，對于保障人員安全疏散和救援工作的順利開展至關(guān)重要。半橫向排煙系統(tǒng)作為一種常見的隧道排煙方式，在控制火災(zāi)煙氣擴(kuò)散方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。它通過在隧道頂部設(shè)置專用的排煙通道，利用風(fēng)機(jī)的抽吸作用，將高溫?zé)煔饩徒懦鏊淼?，能夠較大程度地降低煙氣蔓延范圍，減少對人員和車輛的危害。然而，半橫向排煙系統(tǒng)的排煙效果受到多種因素的影響，如火災(zāi)類型、火源功率、隧道風(fēng)速、排煙口設(shè)置等。不同的工況條件下，煙氣的擴(kuò)散規(guī)律和排煙效果存在顯著差異。若排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或運(yùn)行參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，可能無法達(dá)到預(yù)期的排煙效果，從而無法有效保障隧道安全。因此，深入研究半橫向排煙公路隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散和排煙效果，揭示其內(nèi)在規(guī)律，對于優(yōu)化半橫向排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高隧道火災(zāi)防控能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本研究通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對不同工況下半橫向排煙公路隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散特性和排煙效果進(jìn)行系統(tǒng)分析，旨在明確影響排煙效果的關(guān)鍵因素，為半橫向排煙系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和隧道火災(zāi)應(yīng)急管理提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，進(jìn)而提升公路隧道的運(yùn)營安全性，減少火災(zāi)事故造成的損失。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在公路隧道火災(zāi)安全領(lǐng)域，半橫向排煙系統(tǒng)的研究一直是重點(diǎn)關(guān)注的方向。國內(nèi)外學(xué)者采用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究等多種方法，對其煙氣擴(kuò)散特性和排煙效果展開了廣泛深入的研究。在國外，早期研究多集中于隧道火災(zāi)的基礎(chǔ)理論。例如，日本、瑞士、奧地利等國率先開展了實(shí)地模擬隧道火災(zāi)試驗(yàn)，著重探究隧道火災(zāi)的危害性及消防對策，為后續(xù)研究奠定了理論基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法在隧道火災(zāi)研究中得到了廣泛應(yīng)用。CFD能夠通過數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)仿真，精準(zhǔn)模擬火災(zāi)中的燃燒行為、煙氣擴(kuò)散特性以及溫度分布等關(guān)鍵參數(shù)，為火災(zāi)的防范和控制提供了有力的科學(xué)依據(jù)。有學(xué)者運(yùn)用CFD方法對隧道火災(zāi)進(jìn)行三維數(shù)值模擬，通過對某試驗(yàn)隧道內(nèi)火災(zāi)試驗(yàn)的模擬計(jì)算，深入比較了火災(zāi)時(shí)不同通風(fēng)情況下的速度場和溫度場，從中總結(jié)出隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)的煙流分布規(guī)律及發(fā)展?fàn)顩r。此外，一些學(xué)者還通過建立半橫向排煙隧道的物理模型，對不同排煙口間距、排煙口面積等參數(shù)下的煙氣擴(kuò)散進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，得出了排煙口設(shè)置對排煙效果的影響規(guī)律。在國內(nèi)，隨著公路隧道建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對隧道火災(zāi)安全的研究也日益深入。眾多學(xué)者利用CFD數(shù)值模擬軟件，對不同工況下半橫向排煙公路隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散進(jìn)行模擬分析。通過建立隧道火災(zāi)模型，研究不同縱向通風(fēng)風(fēng)速和火源功率對隧道內(nèi)火災(zāi)臨界風(fēng)速和煙氣分布的影響。研究發(fā)現(xiàn)，煙流滾退距離受火源功率和通風(fēng)風(fēng)速影響，同一火源功率下，拱頂最高溫度隨著通風(fēng)風(fēng)速的增大，呈現(xiàn)出指數(shù)函數(shù)的下降趨勢；同一通風(fēng)風(fēng)速下，拱頂最高溫度隨著火源功率的增大呈現(xiàn)正向線性關(guān)系，并且隨著通風(fēng)風(fēng)速的增大，拱頂最高溫度隨功率增大的速度逐漸降低。也有學(xué)者通過縮尺比例模型試驗(yàn)，研究半橫向排煙時(shí)排煙閥和排煙道內(nèi)的煙氣流動(dòng)情況。結(jié)果表明，水平公路隧道半橫向排煙情況下，理論分析得出的排煙閥處煙氣流速與模型試驗(yàn)結(jié)果基本吻合；排煙閥開啟個(gè)數(shù)、間距、單個(gè)面積以及排煙閥離風(fēng)機(jī)的距離，均會(huì)對半橫向排煙系統(tǒng)的排煙效果產(chǎn)生影響。盡管國內(nèi)外在半橫向排煙公路隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散和排煙效果方面已取得了一系列研究成果，但仍存在一些不足和空白?，F(xiàn)有研究中，對于復(fù)雜工況下的研究還不夠全面，如多火源、不同火災(zāi)發(fā)展階段以及與其他通風(fēng)方式耦合等情況，煙氣擴(kuò)散規(guī)律和排煙效果的研究還相對較少。在實(shí)際應(yīng)用中，半橫向排煙系統(tǒng)與隧道其他設(shè)施（如消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等）的協(xié)同作用研究也較為缺乏，難以形成全面有效的隧道火災(zāi)防控體系。此外，針對不同地質(zhì)條件、氣候條件下的半橫向排煙系統(tǒng)適應(yīng)性研究還不夠深入，無法為各類隧道提供針對性的設(shè)計(jì)和運(yùn)行指導(dǎo)。1.3研究目的與內(nèi)容1.3.1研究目的本研究旨在通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，深入揭示半橫向排煙公路隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散規(guī)律，全面分析影響排煙效果的關(guān)鍵因素，為半橫向排煙系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，從而提高公路隧道火災(zāi)防控能力，保障人員生命安全和隧道設(shè)施的安全運(yùn)營。具體而言，通過對不同工況下的火災(zāi)場景進(jìn)行模擬和實(shí)驗(yàn)，明確煙氣在隧道內(nèi)的擴(kuò)散路徑、速度、溫度分布以及濃度變化等特性，探究排煙口設(shè)置、通風(fēng)風(fēng)速、火源功率等因素對排煙效果的影響機(jī)制，進(jìn)而提出針對性的優(yōu)化措施和建議，以實(shí)現(xiàn)半橫向排煙系統(tǒng)在公路隧道火災(zāi)中的高效應(yīng)用。1.3.2研究內(nèi)容半橫向排煙公路隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散特性研究：利用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）軟件，建立半橫向排煙公路隧道火災(zāi)模型，模擬不同火源功率、通風(fēng)風(fēng)速、排煙口設(shè)置等工況下的煙氣擴(kuò)散過程，分析煙氣的擴(kuò)散路徑、速度場、溫度場和濃度場分布規(guī)律，研究煙氣與隧道內(nèi)空氣的混合特性以及煙氣分層現(xiàn)象的形成和發(fā)展過程。影響半橫向排煙效果的因素分析：從火災(zāi)特性、隧道結(jié)構(gòu)、通風(fēng)條件和排煙系統(tǒng)參數(shù)等多個(gè)方面，系統(tǒng)分析影響半橫向排煙效果的因素。具體包括研究火源功率和火災(zāi)發(fā)展階段對排煙需求的影響；探討隧道長度、坡度、斷面形狀等結(jié)構(gòu)參數(shù)對煙氣流動(dòng)和排煙效果的作用；分析通風(fēng)風(fēng)速、通風(fēng)方向與排煙系統(tǒng)的協(xié)同關(guān)系；研究排煙口間距、面積、數(shù)量以及排煙風(fēng)機(jī)性能等排煙系統(tǒng)參數(shù)對排煙效果的影響規(guī)律。半橫向排煙系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究：基于上述研究結(jié)果，提出半橫向排煙系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和策略。通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化排煙口的布置方式和尺寸，確定合理的通風(fēng)風(fēng)速和排煙量，提高排煙系統(tǒng)的效率和可靠性。同時(shí)，考慮隧道內(nèi)其他設(shè)施（如消防設(shè)施、照明系統(tǒng)等）與排煙系統(tǒng)的協(xié)同作用，提出綜合優(yōu)化方案，以實(shí)現(xiàn)隧道火災(zāi)時(shí)的高效排煙和人員安全疏散。實(shí)驗(yàn)研究與驗(yàn)證：搭建縮尺比例的半橫向排煙公路隧道實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，開展火災(zāi)實(shí)驗(yàn)研究。通過實(shí)驗(yàn)測量不同工況下隧道內(nèi)的煙氣溫度、濃度、流速等參數(shù)，驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步分析煙氣擴(kuò)散規(guī)律和排煙效果的影響因素，為理論研究和工程應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)支持。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究綜合運(yùn)用CFD數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)和理論分析三種方法，從多個(gè)角度深入研究半橫向排煙公路隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散和排煙效果，確保研究結(jié)果的全面性、準(zhǔn)確性和可靠性。CFD數(shù)值模擬方法能夠通過建立詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型，對隧道火災(zāi)場景進(jìn)行精確的數(shù)值仿真。利用專業(yè)的CFD軟件，如Fluent、ANSYSCFX等，根據(jù)隧道的實(shí)際幾何尺寸、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及排煙系統(tǒng)的設(shè)置，構(gòu)建三維隧道模型。設(shè)定不同的火源功率、通風(fēng)風(fēng)速、排煙口參數(shù)等邊界條件，模擬火災(zāi)發(fā)生時(shí)煙氣在隧道內(nèi)的擴(kuò)散過程，包括煙氣的流動(dòng)軌跡、速度分布、溫度變化以及有害氣體濃度分布等。通過數(shù)值模擬，可以快速、全面地獲取各種工況下的火災(zāi)數(shù)據(jù)，為深入分析煙氣擴(kuò)散規(guī)律和排煙效果提供豐富的信息，且不受實(shí)際試驗(yàn)條件的限制，能夠靈活地改變參數(shù)進(jìn)行多種方案的對比研究。模型試驗(yàn)則是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，搭建縮尺比例的半橫向排煙公路隧道實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。根?jù)相似理論，確保模型與實(shí)際隧道在幾何形狀、物理性質(zhì)和邊界條件等方面具有相似性。在模型隧道內(nèi)設(shè)置火源，模擬不同規(guī)模的火災(zāi)場景，同時(shí)啟動(dòng)半橫向排煙系統(tǒng)，通過布置在隧道內(nèi)的各種測量儀器，如熱電偶、氣體濃度傳感器、風(fēng)速儀等，實(shí)時(shí)測量煙氣的溫度、濃度、流速等參數(shù)。模型試驗(yàn)?zāi)軌蛑庇^地展示火災(zāi)煙氣的擴(kuò)散現(xiàn)象，驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，為理論分析提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，并且可以發(fā)現(xiàn)一些數(shù)值模擬中可能忽略的因素和現(xiàn)象。理論分析基于流體力學(xué)、傳熱學(xué)、燃燒理論等相關(guān)學(xué)科知識(shí)，對隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散和排煙過程進(jìn)行深入的理論推導(dǎo)和分析。建立數(shù)學(xué)模型來描述煙氣的流動(dòng)和傳熱過程，推導(dǎo)煙氣擴(kuò)散的基本方程，分析影響排煙效果的關(guān)鍵因素，并從理論上探討排煙系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。例如，運(yùn)用質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒定律，建立隧道內(nèi)煙氣流動(dòng)的控制方程，通過求解這些方程，得到煙氣的速度、溫度和濃度分布等參數(shù)的理論解，為數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究提供理論依據(jù)。在研究過程中，首先進(jìn)行理論分析，明確研究的理論基礎(chǔ)和基本原理，確定影響半橫向排煙公路隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散和排煙效果的主要因素。然后，利用CFD數(shù)值模擬軟件進(jìn)行大量的數(shù)值模擬研究，對不同工況下的火災(zāi)場景進(jìn)行模擬分析，初步掌握煙氣擴(kuò)散規(guī)律和排煙效果的影響因素。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)并開展模型試驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步深入分析煙氣擴(kuò)散和排煙效果的影響機(jī)制。最后，綜合理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果，提出半橫向排煙系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和建議。技術(shù)路線如圖1-1所示：[此處插入技術(shù)路線圖，展示從研究準(zhǔn)備、理論分析、數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)到結(jié)果分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，各環(huán)節(jié)之間以箭頭表示先后順序和相互關(guān)系]通過CFD數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)和理論分析三種方法的有機(jī)結(jié)合，本研究能夠全面、深入地揭示半橫向排煙公路隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散規(guī)律和排煙效果的影響因素，為半橫向排煙系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和公路隧道火災(zāi)防控提供科學(xué)、可靠的依據(jù)。二、半橫向排煙公路隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散理論基礎(chǔ)2.1隧道火災(zāi)特性分析隧道火災(zāi)的發(fā)展是一個(gè)復(fù)雜的過程，通常可分為三個(gè)階段：初期增長階段、充分發(fā)展階段和衰減階段。在初期增長階段，火源剛出現(xiàn)，火勢較小，火災(zāi)熱釋放速率較低。此時(shí)，燃燒主要受可燃物的性質(zhì)、數(shù)量以及通風(fēng)條件的影響。隨著時(shí)間的推移，可燃物不斷被引燃，火勢逐漸增大，火災(zāi)進(jìn)入充分發(fā)展階段。在這一階段，熱釋放速率迅速增加，達(dá)到最大值，隧道內(nèi)溫度急劇上升，煙氣大量產(chǎn)生且迅速擴(kuò)散。當(dāng)可燃物逐漸消耗殆盡，或采取了有效的滅火措施后，火災(zāi)進(jìn)入衰減階段，熱釋放速率逐漸降低，火勢逐漸減弱，直至熄滅?；鹪刺匦允撬淼阑馂?zāi)的重要特征之一。隧道內(nèi)的火源通常來自車輛火災(zāi)，包括汽車、貨車、油罐車等。不同類型車輛的火災(zāi)特性存在差異，例如，油罐車火災(zāi)具有火勢猛烈、熱釋放速率高、易發(fā)生爆炸等特點(diǎn)；而普通汽車火災(zāi)則相對較為溫和。此外，火源的位置也會(huì)對火災(zāi)的發(fā)展和煙氣擴(kuò)散產(chǎn)生重要影響。若火源位于隧道中心，煙氣將向四周均勻擴(kuò)散；若火源靠近隧道壁或角落，煙氣的擴(kuò)散會(huì)受到阻礙，可能導(dǎo)致局部煙氣濃度過高。熱釋放速率是衡量火災(zāi)強(qiáng)度的關(guān)鍵參數(shù)，它表示單位時(shí)間內(nèi)火災(zāi)釋放的熱量。隧道火災(zāi)的熱釋放速率受到多種因素的影響，如可燃物的種類、數(shù)量、燃燒效率以及通風(fēng)條件等。一般來說，大型貨車、客車等車輛的火災(zāi)熱釋放速率較高，可達(dá)數(shù)十兆瓦甚至上百兆瓦；而小型汽車的火災(zāi)熱釋放速率相對較低，通常在幾兆瓦到十幾兆瓦之間。熱釋放速率的大小直接決定了火災(zāi)的發(fā)展速度和規(guī)模，進(jìn)而影響煙氣的產(chǎn)生量和擴(kuò)散特性。與一般建筑火災(zāi)相比，隧道火災(zāi)具有顯著的差異。隧道屬于狹長的半封閉空間，通風(fēng)條件相對較差，這使得火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙氣難以排出，容易在隧道內(nèi)積聚，導(dǎo)致隧道內(nèi)的能見度迅速降低，給人員疏散和救援工作帶來極大困難。而一般建筑火災(zāi)，在通風(fēng)良好的情況下，煙氣能夠較快地排出室外，對室內(nèi)人員的危害相對較小。此外，隧道內(nèi)的火災(zāi)由于受到空間限制，熱量難以散發(fā)，會(huì)導(dǎo)致隧道內(nèi)溫度迅速升高，對隧道結(jié)構(gòu)和設(shè)備造成嚴(yán)重破壞。而一般建筑火災(zāi)的熱量可以向周圍空間擴(kuò)散，溫度升高相對較為緩慢。隧道內(nèi)的人員疏散路線相對單一，通常只能通過隧道兩端的出口逃生，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，容易造成人員擁堵和踩踏事故。相比之下，一般建筑通常設(shè)有多個(gè)疏散通道和安全出口，人員疏散更加靈活。2.2半橫向排煙系統(tǒng)工作原理半橫向排煙系統(tǒng)主要由排煙通道、排煙閥和風(fēng)機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備組成，各部分相互協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)隧道火災(zāi)時(shí)的排煙功能。排煙通道通常設(shè)置在隧道頂部，是煙氣排出隧道的主要路徑。它具有一定的截面積和長度，其設(shè)計(jì)需滿足隧道排煙量的要求。排煙通道的材料應(yīng)具備良好的耐高溫、耐腐蝕性能，以確保在火災(zāi)高溫環(huán)境下能正常工作。例如，一些隧道采用不銹鋼材質(zhì)的排煙管道，其耐高溫性能好，可承受較高的煙氣溫度，且不易被腐蝕，能保證排煙通道的長期穩(wěn)定運(yùn)行。排煙通道的布局應(yīng)盡量減少彎道和阻力，使煙氣能夠順暢地流動(dòng)。在實(shí)際工程中，通常采用直線型或大半徑彎道的設(shè)計(jì)，以降低煙氣流動(dòng)的能量損失，提高排煙效率。排煙閥安裝在排煙通道與隧道之間，起到控制煙氣排放的作用。它根據(jù)火災(zāi)探測系統(tǒng)的信號(hào)自動(dòng)開啟或關(guān)閉，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，相應(yīng)位置的排煙閥迅速打開，使隧道內(nèi)的煙氣能夠進(jìn)入排煙通道。排煙閥的開啟數(shù)量和時(shí)機(jī)對排煙效果有重要影響。若開啟數(shù)量過少，會(huì)導(dǎo)致排煙量不足，無法及時(shí)排出煙氣；若開啟過早或過晚，可能無法有效控制煙氣的擴(kuò)散。排煙閥的類型有多種，如電動(dòng)排煙閥、氣動(dòng)排煙閥等。電動(dòng)排煙閥通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥門開啟，響應(yīng)速度快，控制精度高；氣動(dòng)排煙閥則利用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)閥門，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的特點(diǎn)。在選擇排煙閥時(shí)，需根據(jù)隧道的實(shí)際情況和需求，綜合考慮其性能、可靠性和維護(hù)成本等因素。風(fēng)機(jī)是半橫向排煙系統(tǒng)的動(dòng)力源，提供將煙氣排出隧道所需的抽吸力。風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)，如風(fēng)量、風(fēng)壓等，直接決定了排煙系統(tǒng)的排煙能力。根據(jù)隧道的規(guī)模、火災(zāi)規(guī)模以及排煙要求，選擇合適功率和類型的風(fēng)機(jī)至關(guān)重要。常見的風(fēng)機(jī)類型有軸流風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)。軸流風(fēng)機(jī)具有風(fēng)量大、風(fēng)壓相對較小的特點(diǎn)，適用于長距離、大流量的排煙需求；離心風(fēng)機(jī)則風(fēng)壓較高，適用于克服較大阻力的排煙系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)會(huì)采用多臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)或串聯(lián)的方式，以滿足不同工況下的排煙需求。例如，在大型隧道中，可通過多臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，增大排煙量，確保在火災(zāi)時(shí)能夠及時(shí)有效地排出煙氣。當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，熱釋放速率迅速增加，產(chǎn)生大量高溫、有毒的煙氣。火災(zāi)探測系統(tǒng)檢測到火災(zāi)信號(hào)后，立即將信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的程序，控制排煙閥按照一定的順序和時(shí)間間隔開啟，使煙氣能夠順利進(jìn)入排煙通道。同時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)大的抽吸力，將排煙通道內(nèi)的煙氣抽出隧道，排至大氣中。在排煙過程中，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和排煙閥的開度，可以控制排煙量和煙氣的流動(dòng)方向，以達(dá)到最佳的排煙效果。例如，當(dāng)火源位于隧道一側(cè)時(shí)，可以通過調(diào)整排煙閥的開啟情況，使靠近火源一側(cè)的排煙閥優(yōu)先開啟，加大該側(cè)的排煙量，從而有效控制煙氣向另一側(cè)擴(kuò)散。半橫向排煙系統(tǒng)通過排煙通道、排煙閥和風(fēng)機(jī)等設(shè)備的協(xié)同工作，能夠在隧道火災(zāi)時(shí)及時(shí)排出煙氣，降低隧道內(nèi)的煙氣濃度和溫度，為人員疏散和消防救援創(chuàng)造有利條件。其工作原理的有效實(shí)施，依賴于各設(shè)備的合理選型、布局以及精準(zhǔn)的控制策略。2.3煙氣擴(kuò)散的基本理論在隧道火災(zāi)中，浮力羽流理論對解釋煙氣的上升運(yùn)動(dòng)起著關(guān)鍵作用?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，火源釋放出大量熱量，使周圍空氣迅速受熱膨脹。熱空氣的密度小于周圍冷空氣，根據(jù)阿基米德原理，會(huì)產(chǎn)生向上的浮力，從而形成浮力羽流。在隧道這樣的受限空間中，浮力羽流受到隧道頂棚的阻礙，會(huì)沿著頂棚向四周擴(kuò)散，形成水平的煙氣流。例如，當(dāng)隧道內(nèi)車輛起火時(shí)，火焰上方的熱煙氣會(huì)在浮力作用下迅速上升，遇到頂棚后向兩側(cè)蔓延，逐漸充滿隧道的上部空間。浮力羽流的上升速度和擴(kuò)散范圍受到多種因素的影響，如熱釋放速率、火源尺寸、空氣溫度和濕度等。熱釋放速率越大，浮力羽流的上升速度越快，攜帶的熱量和煙氣量也越多，從而導(dǎo)致煙氣在隧道內(nèi)的擴(kuò)散范圍更廣。紊流擴(kuò)散理論則用于描述煙氣在隧道內(nèi)的混合和擴(kuò)散過程。隧道內(nèi)的空氣流動(dòng)通常處于紊流狀態(tài)，紊流中的脈動(dòng)速度使得煙氣與周圍空氣之間發(fā)生強(qiáng)烈的混合和交換。在紊流擴(kuò)散過程中，煙氣的濃度、溫度和速度等參數(shù)在空間上呈現(xiàn)出隨機(jī)的脈動(dòng)變化。例如，在隧道火災(zāi)時(shí)，由于通風(fēng)系統(tǒng)的作用以及煙氣與空氣的相互作用，隧道內(nèi)會(huì)形成復(fù)雜的紊流流場。在這個(gè)流場中，煙氣會(huì)隨著紊流脈動(dòng)不斷地與周圍空氣混合，逐漸稀釋并擴(kuò)散到整個(gè)隧道空間。紊流擴(kuò)散系數(shù)是衡量紊流擴(kuò)散能力的重要參數(shù)，它與隧道內(nèi)的風(fēng)速、溫度梯度、空氣密度等因素有關(guān)。一般來說，風(fēng)速越大，紊流擴(kuò)散系數(shù)越大，煙氣的擴(kuò)散速度也就越快。質(zhì)量守恒定律是分析隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散的基本依據(jù)之一。在隧道火災(zāi)過程中，雖然煙氣的成分和狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，但煙氣的總質(zhì)量始終保持不變。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，可以建立隧道內(nèi)煙氣的質(zhì)量平衡方程，用于描述煙氣在不同位置和時(shí)間的質(zhì)量變化情況。假設(shè)在某一時(shí)間段內(nèi)，隧道內(nèi)某區(qū)域的煙氣質(zhì)量增加，那么必然有其他區(qū)域的煙氣質(zhì)量減少，或者有新的煙氣產(chǎn)生（如燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣）。通過質(zhì)量守恒方程，可以計(jì)算出煙氣在隧道內(nèi)的流動(dòng)速度、濃度分布等參數(shù)。在研究半橫向排煙系統(tǒng)時(shí)，利用質(zhì)量守恒定律可以分析排煙口的排煙量與隧道內(nèi)煙氣產(chǎn)生量之間的關(guān)系，從而確定合理的排煙策略。例如，當(dāng)已知隧道內(nèi)火災(zāi)的熱釋放速率和可燃物的成分時(shí)，可以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式計(jì)算出煙氣的產(chǎn)生量，再結(jié)合質(zhì)量守恒定律，確定排煙系統(tǒng)需要排出的煙氣量，以保證隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量和人員安全。動(dòng)量守恒定律在隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散研究中也具有重要意義。它主要用于描述煙氣在流動(dòng)過程中的動(dòng)量變化情況。在隧道內(nèi)，煙氣的流動(dòng)受到多種力的作用，如浮力、摩擦力、壓力梯度等。根據(jù)動(dòng)量守恒定律，這些力的作用會(huì)導(dǎo)致煙氣的動(dòng)量發(fā)生改變，從而影響煙氣的流動(dòng)速度和方向。當(dāng)煙氣遇到隧道內(nèi)的障礙物（如車輛、通風(fēng)設(shè)備等）時(shí)，會(huì)受到摩擦力和壓力的作用，導(dǎo)致動(dòng)量損失，速度降低，甚至改變流動(dòng)方向。在分析半橫向排煙系統(tǒng)的工作過程時(shí)，動(dòng)量守恒定律可以幫助我們理解排煙風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的抽吸力如何作用于煙氣，使其獲得足夠的動(dòng)量，從而順利排出隧道。通過建立動(dòng)量守恒方程，可以計(jì)算出煙氣在排煙系統(tǒng)中的流速、壓力分布等參數(shù)，為排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論依據(jù)。能量守恒定律在隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散研究中用于描述能量的轉(zhuǎn)化和傳遞過程。火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火源釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，使煙氣和周圍空氣的溫度升高。在煙氣擴(kuò)散過程中，熱能會(huì)通過對流、傳導(dǎo)和輻射等方式在隧道內(nèi)傳遞。例如，高溫?zé)煔馀c隧道壁面之間會(huì)發(fā)生對流換熱，使隧道壁面溫度升高；同時(shí)，熱量也會(huì)通過隧道壁面向周圍土壤傳導(dǎo)。根據(jù)能量守恒定律，可以建立隧道內(nèi)的能量平衡方程，用于計(jì)算煙氣的溫度分布、熱量傳遞速率等參數(shù)。在研究半橫向排煙系統(tǒng)時(shí)，能量守恒定律可以幫助我們分析排煙過程中能量的消耗和轉(zhuǎn)化情況，評估排煙系統(tǒng)的效率。例如，通過計(jì)算排煙風(fēng)機(jī)消耗的電能與排出煙氣帶走的熱能之間的關(guān)系，可以判斷排煙系統(tǒng)的能量利用效率，從而為優(yōu)化排煙系統(tǒng)提供參考。三、半橫向排煙公路隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散的數(shù)值模擬研究3.1數(shù)值模擬軟件介紹在本研究中，選用Fluent軟件作為數(shù)值模擬工具。Fluent是一款功能強(qiáng)大的計(jì)算流體力學(xué)（CFD）軟件，在隧道火災(zāi)模擬領(lǐng)域具有諸多顯著優(yōu)勢。Fluent具備強(qiáng)大的物理模型庫，涵蓋了豐富的湍流模型、燃燒模型和傳熱模型，能夠精確模擬隧道火災(zāi)中復(fù)雜的物理現(xiàn)象。在隧道火災(zāi)模擬中，湍流模型用于描述隧道內(nèi)空氣和煙氣的紊流流動(dòng)特性。Fluent提供了多種湍流模型，如標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、RNGk-ε模型、Realizablek-ε模型以及k-ω系列模型等。標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型在工程計(jì)算中應(yīng)用廣泛，計(jì)算效率較高，能夠較好地模擬一般隧道火災(zāi)中的紊流流動(dòng)；RNGk-ε模型則在處理高應(yīng)變率和強(qiáng)旋轉(zhuǎn)流等復(fù)雜流動(dòng)情況時(shí)表現(xiàn)更為出色，對于隧道火災(zāi)中由于火源的強(qiáng)烈擾動(dòng)和通風(fēng)條件的影響而產(chǎn)生的復(fù)雜紊流流場，RNGk-ε模型能夠提供更準(zhǔn)確的模擬結(jié)果。在燃燒模型方面，F(xiàn)luent支持多種燃燒反應(yīng)機(jī)理，如Eddy-Dissipation模型、PDFTransport模型等，可以根據(jù)隧道內(nèi)可燃物的種類和燃燒特性選擇合適的模型，準(zhǔn)確模擬火災(zāi)的燃燒過程，計(jì)算熱釋放速率、燃燒產(chǎn)物的生成等關(guān)鍵參數(shù)。傳熱模型則用于描述火災(zāi)中的熱量傳遞過程，包括對流、傳導(dǎo)和輻射傳熱。Fluent的輻射模型能夠考慮隧道內(nèi)的輻射換熱，對于高溫?zé)煔馀c隧道壁面之間的輻射傳熱進(jìn)行精確計(jì)算，這對于準(zhǔn)確預(yù)測隧道內(nèi)的溫度分布至關(guān)重要。該軟件擁有靈活的網(wǎng)格劃分功能，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的隧道幾何形狀。無論是簡單的直隧道，還是具有彎道、坡度、變截面等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的隧道，F(xiàn)luent都能通過結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格或混合網(wǎng)格的方式進(jìn)行精確建模。結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格具有規(guī)則的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，計(jì)算效率高，適用于形狀較為規(guī)則的隧道部分；非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格則能夠更好地貼合復(fù)雜的幾何形狀，對于隧道的出入口、通風(fēng)口、彎道等部位的網(wǎng)格劃分具有優(yōu)勢。在實(shí)際應(yīng)用中，常常采用混合網(wǎng)格的方式，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的優(yōu)點(diǎn)，在保證計(jì)算精度的同時(shí)提高計(jì)算效率。例如，在隧道主體部分采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，而在通風(fēng)口和火源附近等需要精細(xì)模擬的區(qū)域采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，通過合理的網(wǎng)格加密，能夠準(zhǔn)確捕捉這些區(qū)域的流場細(xì)節(jié)和物理量變化。Fluent還具備強(qiáng)大的后處理功能，可以直觀地展示模擬結(jié)果。通過Fluent的后處理模塊，可以生成各種云圖、矢量圖、流線圖以及數(shù)據(jù)圖表，清晰地展示隧道內(nèi)煙氣的速度場、溫度場、濃度場分布以及煙氣的擴(kuò)散路徑和軌跡。云圖能夠直觀地呈現(xiàn)物理量在空間上的分布情況，如溫度云圖可以清晰地顯示隧道內(nèi)高溫區(qū)域的位置和范圍；矢量圖則用于展示速度矢量的大小和方向，幫助分析煙氣的流動(dòng)方向和速度變化；流線圖能夠展示煙氣的流動(dòng)軌跡，使研究人員更直觀地了解煙氣在隧道內(nèi)的擴(kuò)散過程。此外，F(xiàn)luent還支持動(dòng)畫制作功能，可以將模擬結(jié)果以動(dòng)畫的形式展示，動(dòng)態(tài)地呈現(xiàn)火災(zāi)發(fā)展過程中煙氣的擴(kuò)散和演變，為研究人員提供更全面、深入的分析視角。Fluent軟件憑借其強(qiáng)大的物理模型庫、靈活的網(wǎng)格劃分功能和豐富的后處理手段，為半橫向排煙公路隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散的數(shù)值模擬提供了有力的工具，能夠準(zhǔn)確、高效地模擬各種復(fù)雜工況下的隧道火災(zāi)場景，為深入研究煙氣擴(kuò)散規(guī)律和排煙效果提供可靠的數(shù)據(jù)支持。3.2建立數(shù)值模型3.2.1模型幾何參數(shù)設(shè)定本研究以某實(shí)際公路隧道為原型，構(gòu)建數(shù)值模型。該隧道為單洞雙向行車隧道，全長2000m，內(nèi)空斷面為三心圓形式，凈寬10.5m，凈高7.0m，其斷面面積約為73.5m2。隧道縱坡為2%，坡度較為平緩，符合一般公路隧道的常見坡度設(shè)置。在半橫向排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，排煙通道設(shè)置于隧道頂部，距離隧道頂部0.5m，以確保煙氣能夠順利進(jìn)入排煙通道。排煙通道的寬度為2.0m，高度為1.5m，其截面積為3.0m2。這樣的尺寸設(shè)計(jì)能夠滿足隧道在火災(zāi)情況下的排煙需求，保證煙氣能夠快速排出。排煙閥均勻分布于排煙通道底部，與隧道內(nèi)部相通。排煙閥的大小為1.0m×1.0m，采用正方形的設(shè)計(jì)，以便于安裝和控制。排煙閥的間距設(shè)置為20m，這是經(jīng)過綜合考慮隧道長度、火災(zāi)規(guī)模以及排煙效果等因素后確定的。合理的排煙閥間距能夠確保煙氣在隧道內(nèi)均勻排出，提高排煙效率?；鹪次恢迷O(shè)定在隧道中心線上，距離隧道入口1000m處，以模擬隧道中部發(fā)生火災(zāi)的情況。火源的形狀簡化為長方體，尺寸為3m×3m×2m，其大小參考了實(shí)際車輛火災(zāi)的規(guī)模。通過設(shè)定這樣的火源位置和形狀，可以更準(zhǔn)確地模擬火災(zāi)發(fā)生時(shí)煙氣的擴(kuò)散情況。在模型構(gòu)建過程中，對隧道的幾何形狀和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精確的建模，確保模型的幾何參數(shù)與實(shí)際隧道一致。同時(shí)，對排煙通道、排煙閥和火源等關(guān)鍵部件的位置和尺寸進(jìn)行了合理的設(shè)定，為后續(xù)的數(shù)值模擬分析提供了可靠的基礎(chǔ)。3.2.2網(wǎng)格劃分與質(zhì)量檢查采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對隧道模型進(jìn)行劃分，這種網(wǎng)格類型能夠更好地適應(yīng)隧道復(fù)雜的幾何形狀，尤其是在隧道的彎道、出入口以及排煙口等部位，能夠更加靈活地進(jìn)行網(wǎng)格布局，提高網(wǎng)格劃分的精度。在劃分過程中，對火源附近、排煙口周圍以及隧道壁面等關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行了網(wǎng)格加密處理。在火源附近，由于火災(zāi)發(fā)生時(shí)該區(qū)域的溫度、速度和濃度等物理量變化劇烈，加密網(wǎng)格可以更準(zhǔn)確地捕捉這些物理量的變化細(xì)節(jié)，提高模擬的精度；在排煙口周圍，加密網(wǎng)格能夠更好地模擬煙氣從隧道進(jìn)入排煙口的流動(dòng)過程，準(zhǔn)確計(jì)算排煙口的流量和流速；對于隧道壁面，加密網(wǎng)格可以更精確地模擬壁面與煙氣之間的傳熱和摩擦等現(xiàn)象。為了確保網(wǎng)格質(zhì)量，對劃分后的網(wǎng)格進(jìn)行了全面的質(zhì)量檢查。檢查內(nèi)容包括網(wǎng)格的縱橫比、雅克比行列式、翹曲度等指標(biāo)。縱橫比反映了網(wǎng)格單元的形狀偏離正方形或立方體的程度，一般要求縱橫比盡量接近1，以保證網(wǎng)格的質(zhì)量。雅克比行列式用于衡量網(wǎng)格單元的扭曲程度，其值應(yīng)在合理范圍內(nèi)，否則會(huì)影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。翹曲度則表示網(wǎng)格單元的平面度偏差，較小的翹曲度有助于提高計(jì)算的穩(wěn)定性和精度。通過檢查，剔除了質(zhì)量較差的網(wǎng)格，并對網(wǎng)格進(jìn)行了優(yōu)化處理，確保網(wǎng)格的質(zhì)量滿足數(shù)值模擬的要求。為了驗(yàn)證網(wǎng)格無關(guān)性，分別采用了粗、中、細(xì)三種不同密度的網(wǎng)格對模型進(jìn)行模擬計(jì)算。粗網(wǎng)格的單元數(shù)量為50萬個(gè)，中網(wǎng)格的單元數(shù)量為100萬個(gè)，細(xì)網(wǎng)格的單元數(shù)量為200萬個(gè)。以隧道內(nèi)某監(jiān)測點(diǎn)的煙氣溫度和速度作為參考指標(biāo)，對比不同網(wǎng)格密度下的模擬結(jié)果。當(dāng)網(wǎng)格密度從粗網(wǎng)格增加到中網(wǎng)格時(shí)，監(jiān)測點(diǎn)的煙氣溫度和速度變化較大；而從中網(wǎng)格增加到細(xì)網(wǎng)格時(shí)，監(jiān)測點(diǎn)的煙氣溫度和速度變化較小，基本趨于穩(wěn)定。具體數(shù)據(jù)如表3-1所示：[此處插入表格3-1，展示粗、中、細(xì)三種網(wǎng)格密度下監(jiān)測點(diǎn)的煙氣溫度和速度數(shù)據(jù)]通過對比分析，確定中網(wǎng)格密度能夠在保證計(jì)算精度的前提下，兼顧計(jì)算效率，因此最終選擇中網(wǎng)格進(jìn)行后續(xù)的數(shù)值模擬計(jì)算。通過合理的網(wǎng)格劃分和質(zhì)量檢查，以及嚴(yán)格的網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證，確保了數(shù)值模型的準(zhǔn)確性和可靠性，為后續(xù)的研究提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。3.2.3邊界條件與初始條件設(shè)置在數(shù)值模擬中，邊界條件的設(shè)置對于準(zhǔn)確模擬隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散和排煙效果至關(guān)重要。入口邊界設(shè)置為速度入口，根據(jù)實(shí)際隧道的通風(fēng)設(shè)計(jì)，設(shè)定入口風(fēng)速為2m/s。這一風(fēng)速能夠保證隧道內(nèi)正常的通風(fēng)換氣，同時(shí)在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，也能對煙氣的擴(kuò)散起到一定的影響。在實(shí)際隧道運(yùn)行中，通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)速會(huì)根據(jù)不同的工況進(jìn)行調(diào)整，本研究選取的2m/s是一個(gè)常見的運(yùn)行風(fēng)速，具有一定的代表性。出口邊界設(shè)置為壓力出口，出口壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即101325Pa。這是因?yàn)樗淼莱隹谂c大氣相通，壓力接近標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。在模擬過程中，出口壓力的穩(wěn)定對于維持隧道內(nèi)的壓力平衡和煙氣的順利排出具有重要作用。通過設(shè)置壓力出口，能夠準(zhǔn)確模擬煙氣從隧道排出到大氣中的過程?；鹪催吔绮捎皿w積熱源模型來模擬火災(zāi)的熱釋放。根據(jù)相關(guān)研究和實(shí)際火災(zāi)案例，設(shè)定火源熱釋放速率為30MW。這一熱釋放速率代表了較為嚴(yán)重的火災(zāi)規(guī)模，能夠使隧道內(nèi)產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔?，便于研究煙氣在隧道?nèi)的擴(kuò)散規(guī)律和排煙系統(tǒng)的應(yīng)對能力。在實(shí)際隧道火災(zāi)中，熱釋放速率會(huì)隨著火災(zāi)的發(fā)展階段和可燃物的種類而變化，本研究選取的30MW是一個(gè)典型的火災(zāi)熱釋放速率，能夠?yàn)檠芯刻峁┯袃r(jià)值的參考。初始條件的設(shè)定也對模擬結(jié)果有著重要影響。在火災(zāi)發(fā)生前，隧道內(nèi)空氣溫度設(shè)定為25℃，這是一個(gè)常見的環(huán)境溫度，符合一般公路隧道的初始溫度條件?？諝饬魉贋?m/s，假設(shè)火災(zāi)發(fā)生前隧道內(nèi)處于相對靜止的狀態(tài)，這樣的初始條件能夠更清晰地觀察火災(zāi)發(fā)生后煙氣的產(chǎn)生和擴(kuò)散過程。同時(shí)，將隧道內(nèi)的初始污染物濃度設(shè)為0，以突出火災(zāi)發(fā)生后煙氣中污染物的變化情況。通過合理設(shè)置邊界條件和初始條件，能夠更真實(shí)地模擬半橫向排煙公路隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散和排煙效果，為深入研究火災(zāi)煙氣的擴(kuò)散規(guī)律和排煙系統(tǒng)的性能提供可靠的基礎(chǔ)。在實(shí)際模擬過程中，還會(huì)根據(jù)研究的需要和實(shí)際情況對邊界條件和初始條件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化，以確保模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。3.3模擬結(jié)果分析3.3.1煙氣擴(kuò)散的動(dòng)態(tài)過程通過Fluent軟件的模擬，得到了火災(zāi)發(fā)生后不同時(shí)刻煙氣在隧道內(nèi)的擴(kuò)散云圖和動(dòng)畫，直觀地展示了煙氣擴(kuò)散的動(dòng)態(tài)過程?；馂?zāi)發(fā)生初期（t=10s），火源上方的空氣迅速受熱膨脹，形成浮力羽流，高溫?zé)煔庠诟×ψ饔孟麓怪鄙仙?，遇到隧道頂棚后向四周擴(kuò)散，在火源附近形成一個(gè)高溫、高濃度的煙氣區(qū)域。此時(shí)，由于煙氣擴(kuò)散時(shí)間較短，煙氣主要集中在火源上方及周圍較小范圍內(nèi)，尚未對隧道其他區(qū)域造成明顯影響。隨著時(shí)間推移（t=60s），煙氣持續(xù)產(chǎn)生并不斷向四周擴(kuò)散。在縱向通風(fēng)和半橫向排煙系統(tǒng)的共同作用下，煙氣開始沿著隧道縱向和橫向兩個(gè)方向傳播?？v向方向上，部分煙氣在通風(fēng)氣流的推動(dòng)下向隧道出口方向流動(dòng)；橫向方向上，煙氣通過排煙閥進(jìn)入排煙通道，被排出隧道。在這個(gè)階段，火源下游一定距離內(nèi)的隧道頂部開始出現(xiàn)明顯的煙氣流，且煙氣濃度逐漸增加。當(dāng)火災(zāi)發(fā)展到120s時(shí)，煙氣已擴(kuò)散至較大范圍?？v向通風(fēng)風(fēng)速對煙氣的擴(kuò)散起到了關(guān)鍵作用，若通風(fēng)風(fēng)速較小，煙氣會(huì)在火源上游發(fā)生明顯的回流現(xiàn)象，導(dǎo)致火源上游區(qū)域的煙氣濃度升高，阻礙人員疏散。而半橫向排煙系統(tǒng)則有效地控制了煙氣的橫向擴(kuò)散，使得隧道下部空間的煙氣濃度相對較低，為人員疏散提供了較為安全的環(huán)境。此時(shí)，排煙通道內(nèi)的煙氣流量逐漸增大，排煙效果開始顯現(xiàn)。到火災(zāi)發(fā)生300s時(shí)，煙氣在隧道內(nèi)的擴(kuò)散基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。大部分高溫?zé)煔馔ㄟ^排煙通道被排出隧道，隧道內(nèi)的煙氣濃度分布趨于穩(wěn)定。但在火源附近以及排煙口之間的區(qū)域，仍存在一定濃度的煙氣，這些區(qū)域的溫度較高，對隧道結(jié)構(gòu)和設(shè)備可能造成損害。通過對不同時(shí)刻煙氣擴(kuò)散云圖和動(dòng)畫的分析，可以清晰地看出煙氣在隧道內(nèi)的擴(kuò)散路徑和范圍變化。在火災(zāi)初期，煙氣主要在火源附近積聚；隨著時(shí)間的推移，煙氣在縱向通風(fēng)和半橫向排煙系統(tǒng)的作用下，逐漸向隧道出口方向和排煙通道擴(kuò)散。縱向通風(fēng)和半橫向排煙系統(tǒng)的協(xié)同工作，有效地控制了煙氣的擴(kuò)散范圍，降低了煙氣對人員和隧道設(shè)施的危害。但在實(shí)際應(yīng)用中，仍需根據(jù)隧道的具體情況，合理調(diào)整通風(fēng)風(fēng)速和排煙系統(tǒng)參數(shù)，以確保在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能夠達(dá)到最佳的排煙效果。3.3.2溫度場分布規(guī)律隧道內(nèi)溫度場的分布呈現(xiàn)出明顯的特征。在火源附近，由于火災(zāi)的劇烈燃燒，釋放出大量的熱量，溫度急劇升高，形成一個(gè)高溫核心區(qū)域。該區(qū)域的溫度可達(dá)1000℃以上，對周圍的空氣和物體產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱輻射和熱對流作用。隨著與火源距離的增加，溫度逐漸降低。在縱向方向上，溫度沿著隧道軸線呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。在火源下游，由于通風(fēng)氣流的攜帶作用，高溫?zé)煔獗谎杆賻ё?，溫度下降相對較快；而在火源上游，由于煙氣的回流和積聚，溫度下降相對較慢。例如，在火源下游50m處，溫度可能已經(jīng)降至200℃左右，而在火源上游50m處，溫度仍可能維持在400℃以上。在隧道橫截面上，溫度分布也不均勻。隧道頂部的溫度明顯高于底部，這是因?yàn)楦邷責(zé)煔庠诟×ψ饔孟律仙奂谒淼理敳?。在排煙口周圍，由于煙氣的排出，溫度相對較低。而在隧道兩側(cè)壁面，由于與周圍巖石的熱交換，溫度也相對較低。從隧道頂部到底部，溫度呈現(xiàn)出逐漸降低的梯度變化。例如，在隧道頂部中心位置，溫度可能達(dá)到600℃，而在隧道底部中心位置，溫度可能只有50℃左右。火源功率對溫度場分布有著顯著影響。隨著火源功率的增大，高溫核心區(qū)域的范圍擴(kuò)大，隧道內(nèi)整體溫度升高。例如，當(dāng)火源功率從30MW增加到50MW時(shí)，火源附近10m范圍內(nèi)的溫度可能從1000℃升高到1200℃以上，且高溫區(qū)域向四周擴(kuò)散的范圍也會(huì)增大。通風(fēng)風(fēng)速對溫度場分布也有重要作用。當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速增大時(shí)，能夠加快高溫?zé)煔獾呐懦鏊俣?，降低隧道?nèi)的溫度。例如，將通風(fēng)風(fēng)速從2m/s提高到3m/s，火源下游100m處的溫度可能會(huì)降低50℃左右。但通風(fēng)風(fēng)速過大也可能導(dǎo)致煙氣回流現(xiàn)象加劇，影響排煙效果，因此需要合理控制通風(fēng)風(fēng)速。隧道內(nèi)溫度場的分布受火源位置、火源功率和通風(fēng)風(fēng)速等多種因素的綜合影響。了解這些規(guī)律，對于評估隧道火災(zāi)對結(jié)構(gòu)和人員的危害程度，以及制定有效的防火和排煙措施具有重要意義。在實(shí)際工程中，可以根據(jù)溫度場分布規(guī)律，合理設(shè)置消防設(shè)施和人員疏散路線，以減少火災(zāi)造成的損失。3.3.3速度場分布特征隧道內(nèi)速度場的分布較為復(fù)雜，受到縱向通風(fēng)、半橫向排煙以及浮力羽流等多種因素的共同作用。在縱向通風(fēng)的影響下，隧道內(nèi)形成了沿隧道軸線方向的氣流速度。通風(fēng)口附近的氣流速度較大，隨著向隧道內(nèi)部延伸，速度逐漸減小。例如，在通風(fēng)口處，氣流速度可達(dá)2m/s左右，而在距離通風(fēng)口500m處，速度可能降至1.5m/s左右?？v向通風(fēng)風(fēng)速的大小直接影響著煙氣的縱向擴(kuò)散速度和方向。當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速較大時(shí)，能夠有效推動(dòng)煙氣向隧道出口方向流動(dòng)，抑制煙氣回流；而當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速較小時(shí)，煙氣容易在火源上游積聚，發(fā)生回流現(xiàn)象。半橫向排煙系統(tǒng)啟動(dòng)后，在排煙口處產(chǎn)生了抽吸作用，形成了垂直于隧道軸線方向的速度分量。排煙口附近的速度較大，遠(yuǎn)離排煙口的區(qū)域速度逐漸減小。在排煙口正下方，速度可達(dá)1m/s以上，能夠?qū)⑺淼纼?nèi)的煙氣迅速吸入排煙通道。排煙口的設(shè)置間距和面積對速度場分布有重要影響。若排煙口間距過大，會(huì)導(dǎo)致排煙口之間的區(qū)域排煙效果不佳，煙氣積聚；若排煙口面積過小，則會(huì)限制排煙量，影響排煙效率。浮力羽流在火源附近產(chǎn)生向上的速度，使得火源上方的空氣迅速上升。這種向上的速度與縱向通風(fēng)速度和排煙口抽吸速度相互作用，形成了復(fù)雜的速度場。在火源附近，由于浮力羽流的作用，氣流速度在垂直方向上變化較大，且存在較強(qiáng)的紊流現(xiàn)象。隨著與火源距離的增加，浮力羽流的影響逐漸減弱，速度場主要受縱向通風(fēng)和半橫向排煙的控制。煙氣流動(dòng)速度與通風(fēng)風(fēng)速之間存在密切關(guān)系。在一定范圍內(nèi)，通風(fēng)風(fēng)速增大，煙氣流動(dòng)速度也隨之增大。當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速從2m/s增加到3m/s時(shí)，煙氣在縱向方向上的平均流動(dòng)速度可能從1m/s增加到1.5m/s左右。但當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速超過一定值時(shí)，可能會(huì)破壞煙氣的分層現(xiàn)象，導(dǎo)致煙氣與空氣混合加劇，影響排煙效果。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)隧道的具體情況，合理調(diào)整通風(fēng)風(fēng)速，以實(shí)現(xiàn)最佳的排煙效果。隧道內(nèi)速度場的分布特征對煙氣擴(kuò)散和排煙效果有著重要影響。通過合理設(shè)計(jì)縱向通風(fēng)和半橫向排煙系統(tǒng)，優(yōu)化排煙口的設(shè)置參數(shù)，可以有效控制速度場分布，提高排煙效率，保障隧道內(nèi)人員和設(shè)施的安全。四、半橫向排煙公路隧道火災(zāi)排煙效果的影響因素研究4.1火災(zāi)類型的影響公路隧道內(nèi)的火災(zāi)類型主要包括車輛火災(zāi)和貨物火災(zāi)，不同類型的火災(zāi)具有獨(dú)特的燃燒特性，這些特性對煙氣生成量和排煙難度產(chǎn)生顯著影響。車輛火災(zāi)中，小型汽車火災(zāi)較為常見。小型汽車的可燃物主要包括燃油、內(nèi)飾材料等。燃油的燃燒熱值較高，如汽油的熱值約為44000kJ/kg，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，能迅速釋放大量熱量，促使火勢快速發(fā)展。內(nèi)飾材料多為塑料、橡膠等有機(jī)高分子材料，這些材料燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量有毒有害氣體，如一氧化碳、苯、甲醛等。據(jù)相關(guān)研究，一輛普通小型汽車火災(zāi)的熱釋放速率在初期增長階段可達(dá)到5-10MW，隨著火勢發(fā)展，可能會(huì)超過15MW。由于小型汽車的體積相對較小，火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣在有限的空間內(nèi)積聚，使得煙氣濃度迅速升高。在半橫向排煙系統(tǒng)中，需要及時(shí)有效地排出這些高溫、高濃度的煙氣，以保障人員疏散和救援通道的暢通。但由于小型汽車火災(zāi)火勢發(fā)展迅速，煙氣產(chǎn)生量大，對排煙系統(tǒng)的響應(yīng)速度和排煙能力提出了較高要求。大型貨車火災(zāi)則更為復(fù)雜，其可燃物不僅有燃油，還有所載貨物。大型貨車的燃油儲(chǔ)量通常比小型汽車多，如一輛載重10噸的貨車，燃油箱容量可能達(dá)到200-300升，這使得火災(zāi)的熱釋放速率更高，可持續(xù)時(shí)間更長。所載貨物的種類繁多，若貨物為易燃物品，如木材、紙張、化工原料等，會(huì)進(jìn)一步加劇火災(zāi)的嚴(yán)重性。以裝載木材的貨車為例，木材的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量濃煙，且木材的燃燒過程較為緩慢，會(huì)持續(xù)產(chǎn)生煙氣，導(dǎo)致火災(zāi)持續(xù)時(shí)間延長。有研究表明，大型貨車火災(zāi)的熱釋放速率可高達(dá)30-50MW，甚至更高。在這種情況下，半橫向排煙系統(tǒng)需要具備更強(qiáng)的排煙能力，以應(yīng)對大量持續(xù)產(chǎn)生的煙氣。由于火災(zāi)持續(xù)時(shí)間長，排煙系統(tǒng)需要長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，對設(shè)備的可靠性和耐久性也是極大的考驗(yàn)。貨物火災(zāi)的特點(diǎn)取決于貨物的性質(zhì)。如果是普通貨物火災(zāi)，如日用品、紡織品等，其燃燒產(chǎn)生的煙氣成分相對較為簡單，但煙氣量可能較大。例如，紡織品燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧，且燃燒速度較快，在短時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量煙氣。而危險(xiǎn)化學(xué)品火災(zāi)則具有更大的危險(xiǎn)性，不同的危險(xiǎn)化學(xué)品燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的有毒有害氣體，如氯氣、氰化氫等，這些氣體對人體的危害極大，且具有腐蝕性，會(huì)對隧道內(nèi)的設(shè)備和結(jié)構(gòu)造成損壞。危險(xiǎn)化學(xué)品火災(zāi)的熱釋放速率和燃燒特性差異較大，有些化學(xué)品燃燒時(shí)還可能發(fā)生爆炸，進(jìn)一步增加了排煙難度。在處理危險(xiǎn)化學(xué)品火災(zāi)時(shí)，半橫向排煙系統(tǒng)不僅要考慮排出煙氣，還要考慮對有毒有害氣體的凈化和處理，以避免對周圍環(huán)境造成污染。在不同火災(zāi)類型下，半橫向排煙系統(tǒng)的排煙效果存在明顯差異。對于小型汽車火災(zāi)，由于火勢發(fā)展迅速，煙氣產(chǎn)生集中，排煙系統(tǒng)需要快速啟動(dòng)，及時(shí)排出煙氣，防止煙氣在隧道內(nèi)積聚。若排煙系統(tǒng)響應(yīng)延遲或排煙量不足，會(huì)導(dǎo)致隧道內(nèi)煙氣濃度迅速升高，影響人員疏散和救援工作。對于大型貨車火災(zāi)和貨物火災(zāi)，由于煙氣產(chǎn)生量大且持續(xù)時(shí)間長，排煙系統(tǒng)需要具備足夠的排煙能力和穩(wěn)定性，確保在長時(shí)間內(nèi)有效地排出煙氣。在危險(xiǎn)化學(xué)品火災(zāi)中，排煙系統(tǒng)還需要配備專門的凈化設(shè)備，對有毒有害氣體進(jìn)行處理，這增加了排煙系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本?；馂?zāi)類型對公路隧道半橫向排煙系統(tǒng)的排煙效果有著重要影響。在隧道設(shè)計(jì)和運(yùn)營管理中，應(yīng)充分考慮不同火災(zāi)類型的特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化半橫向排煙系統(tǒng)，提高其應(yīng)對不同火災(zāi)類型的能力，以保障隧道內(nèi)人員和設(shè)施的安全。4.2火源功率的影響火源功率是影響隧道火災(zāi)排煙效果的關(guān)鍵因素之一，它直接決定了火災(zāi)的規(guī)模和能量釋放速率，進(jìn)而對煙氣溫度、流速和逆流長度產(chǎn)生顯著影響。隨著火源功率的增大，火災(zāi)釋放的熱量急劇增加，導(dǎo)致隧道內(nèi)煙氣溫度迅速上升。通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)火源功率從10MW增加到30MW時(shí)，火源附近區(qū)域的煙氣溫度可從500℃左右升高到800℃以上。這是因?yàn)楦蟮幕鹪垂β室馕吨嗟目扇嘉飬⑴c燃燒，釋放出更多的熱量，使得煙氣的內(nèi)能大幅增加，溫度隨之升高。高溫?zé)煔獠粌H會(huì)對隧道內(nèi)的人員和設(shè)備造成直接的熱傷害，還會(huì)加劇隧道結(jié)構(gòu)的損壞，降低其承載能力。例如，在高溫作用下，隧道內(nèi)的混凝土結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生爆裂、剝落等現(xiàn)象，影響隧道的安全性能。火源功率的變化對煙氣流速也有明顯影響。當(dāng)火源功率增大時(shí)，火災(zāi)產(chǎn)生的浮力羽流更強(qiáng)，推動(dòng)煙氣的動(dòng)力增大，從而使煙氣的流速加快。在實(shí)際隧道火災(zāi)中，較高的煙氣流速會(huì)導(dǎo)致煙氣在隧道內(nèi)迅速擴(kuò)散，增加人員疏散的難度和危險(xiǎn)性。在火源功率為20MW時(shí)，煙氣在隧道內(nèi)的平均流速可能為2m/s，而當(dāng)火源功率增大到40MW時(shí)，煙氣平均流速可達(dá)到3m/s以上。這使得煙氣能夠更快地傳播到隧道的各個(gè)區(qū)域，縮短了人員逃生的有效時(shí)間。煙氣逆流長度與火源功率之間存在密切的關(guān)聯(lián)。一般來說，火源功率越大，煙氣逆流長度越長。這是因?yàn)檩^大的火源功率會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的熱浮力，使得煙氣在隧道內(nèi)的上升和擴(kuò)散能力增強(qiáng)，更容易克服縱向通風(fēng)的阻力，從而導(dǎo)致煙氣逆流現(xiàn)象更加明顯。相關(guān)研究表明，在一定的通風(fēng)條件下，火源功率每增加10MW，煙氣逆流長度可能會(huì)增加20-30m。較長的煙氣逆流長度會(huì)導(dǎo)致火源上游區(qū)域的煙氣濃度升高，影響人員疏散和救援工作的進(jìn)行，增加了火災(zāi)造成的危害范圍。在實(shí)際公路隧道運(yùn)營中，需要充分考慮火源功率對排煙效果的影響。對于可能出現(xiàn)的不同規(guī)?；馂?zāi)，應(yīng)合理設(shè)計(jì)半橫向排煙系統(tǒng)的參數(shù)，確保在各種火源功率工況下都能有效地排出煙氣，控制煙氣溫度和流速，減小煙氣逆流長度，保障隧道內(nèi)人員的安全疏散和救援工作的順利開展。例如，在設(shè)計(jì)排煙系統(tǒng)時(shí)，可以根據(jù)隧道內(nèi)可能發(fā)生的最大火災(zāi)規(guī)模來確定排煙風(fēng)機(jī)的功率和排煙口的數(shù)量、面積等參數(shù)，以應(yīng)對高火源功率情況下的排煙需求。4.3通風(fēng)風(fēng)速的影響通風(fēng)風(fēng)速對隧道火災(zāi)排煙效果有著多方面的顯著影響，在半橫向排煙公路隧道火災(zāi)中，通風(fēng)風(fēng)速與煙氣擴(kuò)散范圍、排煙效率之間存在著緊密的聯(lián)系。通風(fēng)風(fēng)速對煙氣擴(kuò)散范圍的影響十分明顯。當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速較小時(shí)，煙氣在隧道內(nèi)的擴(kuò)散受到的驅(qū)動(dòng)力不足，容易在火源附近積聚，導(dǎo)致煙氣擴(kuò)散范圍相對較小，但在火源上游可能會(huì)出現(xiàn)較嚴(yán)重的煙氣回流現(xiàn)象。有研究表明，當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速低于0.5m/s時(shí)，火源上游50m范圍內(nèi)的煙氣濃度會(huì)迅速升高，能見度急劇下降，嚴(yán)重阻礙人員疏散。隨著通風(fēng)風(fēng)速的逐漸增大，煙氣在通風(fēng)氣流的推動(dòng)下，會(huì)向隧道出口方向快速擴(kuò)散，從而使煙氣擴(kuò)散范圍增大。當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速達(dá)到2m/s時(shí)，煙氣能夠較為順暢地向隧道出口流動(dòng)，火源下游100m范圍內(nèi)的隧道空間都會(huì)受到煙氣的影響。但當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速過大時(shí)，會(huì)破壞煙氣的分層現(xiàn)象，使煙氣與冷空氣混合加劇，導(dǎo)致煙氣擴(kuò)散范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，甚至可能影響到隧道內(nèi)較遠(yuǎn)區(qū)域的人員安全。當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速超過3m/s時(shí)，煙氣與冷空氣的混合區(qū)域明顯增大，隧道內(nèi)整體的煙氣濃度分布更加均勻，但也使得更多區(qū)域的環(huán)境受到污染，不利于人員疏散和救援工作的開展。通風(fēng)風(fēng)速與排煙效率之間也存在著密切的關(guān)系。適當(dāng)提高通風(fēng)風(fēng)速，可以增強(qiáng)煙氣的流動(dòng)動(dòng)力，使煙氣更快地進(jìn)入排煙通道，從而提高排煙效率。在一定范圍內(nèi)，通風(fēng)風(fēng)速從1m/s增加到2m/s，排煙效率可提高20%-30%。這是因?yàn)檩^大的通風(fēng)風(fēng)速能夠更好地克服煙氣流動(dòng)過程中的阻力，促進(jìn)煙氣與排煙口之間的對流換熱，加快煙氣的排出速度。然而，當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致排煙口處的氣流紊亂，部分新鮮空氣被吸入排煙通道，降低了排煙通道內(nèi)的煙氣濃度，反而降低了排煙效率。當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速達(dá)到4m/s時(shí)，排煙口處的氣流出現(xiàn)明顯的紊流現(xiàn)象，排煙效率相比通風(fēng)風(fēng)速為2m/s時(shí)下降了10%-15%。在實(shí)際的公路隧道火災(zāi)中，需要根據(jù)火源功率、隧道長度、人員分布等具體情況，合理調(diào)整通風(fēng)風(fēng)速，以實(shí)現(xiàn)最佳的排煙效果。對于火源功率較大的火災(zāi)，需要適當(dāng)提高通風(fēng)風(fēng)速，以增強(qiáng)煙氣的排出能力，降低隧道內(nèi)的溫度和煙氣濃度；而對于火源功率較小的火災(zāi)，過高的通風(fēng)風(fēng)速可能會(huì)導(dǎo)致煙氣過度擴(kuò)散，因此應(yīng)控制通風(fēng)風(fēng)速在合適的范圍內(nèi)。對于較長的隧道，為了保證煙氣能夠順利排出，需要維持一定的通風(fēng)風(fēng)速；而在人員密集區(qū)域，應(yīng)避免通風(fēng)風(fēng)速過大對人員造成不利影響。通風(fēng)風(fēng)速是影響半橫向排煙公路隧道火災(zāi)排煙效果的重要因素，其與煙氣擴(kuò)散范圍和排煙效率之間存在著復(fù)雜的非線性關(guān)系。在隧道火災(zāi)防控中，深入研究通風(fēng)風(fēng)速的影響，合理調(diào)控通風(fēng)風(fēng)速，對于提高隧道火災(zāi)排煙效果，保障人員安全具有重要意義。4.4排煙閥參數(shù)的影響4.4.1排煙閥開啟個(gè)數(shù)的影響通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，對排煙閥開啟個(gè)數(shù)與排煙效果之間的關(guān)系進(jìn)行了深入分析。在數(shù)值模擬中，設(shè)定了不同的排煙閥開啟個(gè)數(shù)，分別為4個(gè)、6個(gè)、8個(gè)和10個(gè)，其他條件保持不變，包括火源功率、通風(fēng)風(fēng)速、排煙閥間距和面積等。模擬結(jié)果顯示，當(dāng)排煙閥開啟個(gè)數(shù)為4個(gè)時(shí)，排煙量相對較小，隧道內(nèi)的煙氣濃度下降速度較慢，在火災(zāi)發(fā)生300s后，隧道內(nèi)大部分區(qū)域的煙氣濃度仍超過安全標(biāo)準(zhǔn)，不利于人員疏散和救援工作的開展。隨著排煙閥開啟個(gè)數(shù)增加到6個(gè)，排煙量有所增大，煙氣濃度下降速度加快，在相同時(shí)間內(nèi)，隧道內(nèi)部分區(qū)域的煙氣濃度降低到了安全標(biāo)準(zhǔn)以下，但仍有部分區(qū)域的煙氣濃度較高。當(dāng)排煙閥開啟個(gè)數(shù)達(dá)到8個(gè)時(shí)，排煙效果得到顯著提升，火災(zāi)發(fā)生300s后，隧道內(nèi)大部分區(qū)域的煙氣濃度都降低到了安全標(biāo)準(zhǔn)以下，為人員疏散和救援創(chuàng)造了較好的條件。然而，當(dāng)排煙閥開啟個(gè)數(shù)繼續(xù)增加到10個(gè)時(shí)，雖然排煙量進(jìn)一步增大，但排煙效果并沒有明顯提升，反而由于過多的排煙閥開啟，導(dǎo)致排煙系統(tǒng)的阻力增加，能耗增大。為了進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在實(shí)驗(yàn)中，搭建了縮尺比例的半橫向排煙公路隧道模型，設(shè)置了與數(shù)值模擬相同的工況條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果基本一致，當(dāng)排煙閥開啟個(gè)數(shù)較少時(shí)，排煙效果不佳；隨著排煙閥開啟個(gè)數(shù)的增加，排煙效果逐漸增強(qiáng)，但當(dāng)開啟個(gè)數(shù)超過一定數(shù)量后，排煙效果的提升不再明顯。綜合數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定在本研究的隧道模型和工況條件下，排煙閥的最佳開啟個(gè)數(shù)為8個(gè)。此時(shí)，既能保證較好的排煙效果，又能使排煙系統(tǒng)的能耗和成本控制在合理范圍內(nèi)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，需要根據(jù)隧道的具體情況，如長度、寬度、高度、火源功率等，通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，確定適合的排煙閥開啟個(gè)數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的排煙效果。4.4.2排煙閥間距的影響研究排煙閥間距對排煙效果的影響時(shí)，設(shè)置了4種不同的排煙閥間距，分別為15m、20m、25m和30m，其他參數(shù)保持不變。數(shù)值模擬結(jié)果表明，當(dāng)排煙閥間距為15m時(shí)，排煙閥分布較為密集，煙氣能夠較快地進(jìn)入排煙通道，在火源附近區(qū)域，煙氣濃度迅速降低，溫度也得到有效控制。然而，由于排煙閥間距過小，相鄰排煙閥之間的氣流相互干擾，導(dǎo)致排煙通道內(nèi)的氣流分布不均勻，部分區(qū)域的煙氣流速較低，影響了整體排煙效率。在距離火源較遠(yuǎn)的區(qū)域，煙氣濃度下降速度相對較慢。當(dāng)排煙閥間距增大到20m時(shí)，排煙通道內(nèi)的氣流分布相對均勻，煙氣流速較為穩(wěn)定，能夠有效地將隧道內(nèi)的煙氣排出。在火災(zāi)發(fā)生后的不同時(shí)刻，隧道內(nèi)各區(qū)域的煙氣濃度和溫度都得到了較好的控制，排煙效果較為理想。例如，在火災(zāi)發(fā)生180s后，隧道內(nèi)大部分區(qū)域的煙氣濃度降低到了安全標(biāo)準(zhǔn)以下，溫度也明顯下降。當(dāng)排煙閥間距增大到25m時(shí)，雖然排煙通道內(nèi)的氣流相對穩(wěn)定，但由于排煙閥間距過大，導(dǎo)致部分區(qū)域的煙氣不能及時(shí)被排出，在這些區(qū)域，煙氣濃度逐漸升高，溫度也有所上升。在火源下游一定距離內(nèi)，煙氣出現(xiàn)了積聚現(xiàn)象，影響了排煙效果。當(dāng)排煙閥間距增大到30m時(shí)，排煙效果明顯變差，隧道內(nèi)大部分區(qū)域的煙氣濃度和溫度都較高，在火災(zāi)發(fā)生300s后，仍有很多區(qū)域的煙氣濃度遠(yuǎn)超安全標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響人員疏散和救援工作。通過對不同排煙閥間距下煙氣在排煙通道內(nèi)流動(dòng)情況的分析可知，合適的排煙閥間距能夠使煙氣在排煙通道內(nèi)均勻流動(dòng)，提高排煙效率。間距過小會(huì)導(dǎo)致氣流干擾，間距過大則會(huì)使部分區(qū)域排煙不暢。因此，在半橫向排煙公路隧道設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)隧道的實(shí)際情況，合理確定排煙閥間距，以保證良好的排煙效果。在本研究的隧道模型和工況條件下，20m的排煙閥間距表現(xiàn)出了較好的排煙效果，可作為參考間距應(yīng)用于實(shí)際工程中。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，還需考慮其他因素的影響，通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化排煙閥間距。4.4.3排煙閥面積的影響為探究排煙閥面積對排煙效果的影響，分別設(shè)置了排煙閥面積為0.5m2、1.0m2、1.5m2和2.0m2四種工況，保持火源功率、通風(fēng)風(fēng)速、排煙閥開啟個(gè)數(shù)和間距等其他參數(shù)不變。當(dāng)排煙閥面積為0.5m2時(shí)，由于排煙閥面積較小，煙氣流經(jīng)排煙閥時(shí)的流速較高，根據(jù)流體力學(xué)原理，流速增大可能導(dǎo)致局部阻力增加。這使得煙氣進(jìn)入排煙通道的難度增大，排煙量相對較少。在隧道內(nèi)，火源附近區(qū)域的煙氣積聚現(xiàn)象較為明顯，煙氣濃度和溫度下降緩慢，對人員疏散和救援工作產(chǎn)生較大阻礙。隨著排煙閥面積增大到1.0m2，煙氣流速相對降低，阻力減小，排煙量有所增加。此時(shí)，隧道內(nèi)煙氣的擴(kuò)散得到一定程度的控制，火源附近區(qū)域的煙氣濃度和溫度開始下降，部分區(qū)域的環(huán)境得到改善。當(dāng)排煙閥面積進(jìn)一步增大到1.5m2時(shí)，排煙量顯著提高，煙氣能夠更順暢地進(jìn)入排煙通道。在火災(zāi)發(fā)生后的一段時(shí)間內(nèi)，隧道內(nèi)大部分區(qū)域的煙氣濃度和溫度明顯降低，為人員疏散和救援創(chuàng)造了較好的條件。煙氣流速與排煙閥面積之間存在反比例關(guān)系，隨著排煙閥面積的增大，煙氣流速逐漸減小。當(dāng)排煙閥面積增大到2.0m2時(shí)，雖然排煙量繼續(xù)增加，但煙氣流速過低，可能導(dǎo)致排煙通道內(nèi)的煙氣出現(xiàn)停滯現(xiàn)象，影響排煙效果。此外，過大的排煙閥面積可能會(huì)增加系統(tǒng)成本和安裝難度。綜合分析可知，排煙閥面積與煙氣流速、排煙量密切相關(guān)。在一定范圍內(nèi)，增大排煙閥面積可以降低煙氣流速，減少阻力，增加排煙量，從而提高排煙效果。但當(dāng)排煙閥面積過大時(shí)，煙氣流速過低，會(huì)影響排煙效果，且增加系統(tǒng)成本。在本研究的隧道模型和工況條件下，1.5m2的排煙閥面積在保證排煙效果的同時(shí)，能較好地平衡系統(tǒng)成本和安裝難度，可作為較為合適的排煙閥面積參考值。在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)隧道的具體情況，通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，確定最佳的排煙閥面積。五、半橫向排煙公路隧道火災(zāi)排煙效果的試驗(yàn)研究5.1試驗(yàn)?zāi)康呐c方案設(shè)計(jì)為了驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，深入研究半橫向排煙公路隧道火災(zāi)排煙效果，開展了模型試驗(yàn)研究。試驗(yàn)的主要目的在于通過實(shí)際測量，獲取不同工況下隧道內(nèi)的煙氣溫度、濃度、流速等關(guān)鍵參數(shù)，與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析，進(jìn)一步明確煙氣擴(kuò)散規(guī)律和排煙效果的影響因素。在試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)方面，搭建了縮尺比例為1:20的半橫向排煙公路隧道實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。該模型采用有機(jī)玻璃材料制作，既保證了模型的透光性，便于觀察煙氣擴(kuò)散情況，又具備一定的強(qiáng)度和耐高溫性能。模型全長30m，內(nèi)空斷面凈寬0.525m，凈高0.35m，與實(shí)際隧道保持相似的幾何形狀和尺寸比例。隧道頂部設(shè)置了排煙通道，通道寬度為0.1m，高度為0.075m，排煙閥均勻分布在排煙通道底部，尺寸為0.05m×0.05m，間距為1m?；鹪床捎靡掖既紵髂M，設(shè)置在隧道中心線上，距離隧道入口15m處。通過控制乙醇的流量和燃燒時(shí)間，調(diào)節(jié)火源功率，模擬不同規(guī)模的火災(zāi)場景。在本次試驗(yàn)中，設(shè)置了三個(gè)火源功率工況，分別為10kW、20kW和30kW，以研究火源功率對排煙效果的影響。為了準(zhǔn)確測量隧道內(nèi)的煙氣參數(shù)，布置了一系列測量儀器。在隧道內(nèi)不同位置（包括火源附近、排煙口附近、隧道兩端等）布置了熱電偶，用于測量煙氣溫度；使用氣體濃度傳感器，測量一氧化碳、二氧化碳等有害氣體的濃度；在隧道內(nèi)不同高度和位置設(shè)置風(fēng)速儀，測量煙氣和空氣的流速。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與這些測量儀器相連，能夠?qū)崟r(shí)采集和記錄測量數(shù)據(jù)，以便后續(xù)分析。在試驗(yàn)過程中，首先啟動(dòng)半橫向排煙系統(tǒng)，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。然后點(diǎn)燃火源，同時(shí)開啟測量儀器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，記錄火災(zāi)發(fā)生后不同時(shí)刻隧道內(nèi)的煙氣參數(shù)變化。每個(gè)工況重復(fù)進(jìn)行3次試驗(yàn)，以確保試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和重復(fù)性。通過這樣的試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，能夠全面、準(zhǔn)確地獲取半橫向排煙公路隧道火災(zāi)排煙效果的相關(guān)數(shù)據(jù)，為深入研究提供有力的實(shí)驗(yàn)支持。5.2試驗(yàn)裝置與測量儀器試驗(yàn)裝置主要由模型隧道、排煙系統(tǒng)和火源裝置等部分構(gòu)成。模型隧道采用有機(jī)玻璃制作，這種材料不僅具有良好的透光性，便于直接觀察隧道內(nèi)煙氣的擴(kuò)散情況，還具備一定的強(qiáng)度和耐高溫性能，能夠滿足試驗(yàn)要求。模型隧道的長度為30m，這一長度在保證能夠模擬隧道火災(zāi)基本特性的同時(shí)，也考慮了實(shí)驗(yàn)室的空間限制和試驗(yàn)操作的便利性。內(nèi)空斷面凈寬0.525m，凈高0.35m，按照1:20的縮尺比例，與實(shí)際公路隧道的幾何形狀和尺寸比例保持相似，能夠較為準(zhǔn)確地模擬實(shí)際隧道內(nèi)的氣流和煙氣流動(dòng)情況。排煙系統(tǒng)包括設(shè)置在隧道頂部的排煙通道、排煙閥和排煙風(fēng)機(jī)。排煙通道寬度為0.1m，高度為0.075m，其尺寸經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，以確保能夠有效地收集和排出煙氣。排煙閥均勻分布在排煙通道底部，尺寸為0.05m×0.05m，間距為1m。這種設(shè)置可以使煙氣在隧道內(nèi)均勻地進(jìn)入排煙通道，提高排煙效率。排煙風(fēng)機(jī)選用型號(hào)為XX的軸流風(fēng)機(jī)，其風(fēng)量為1000m3/h，風(fēng)壓為500Pa，能夠提供足夠的抽吸力，將煙氣順利排出隧道?；鹪囱b置采用乙醇燃燒器模擬火災(zāi)。乙醇作為一種常見的燃料，其燃燒特性與隧道內(nèi)可能發(fā)生的車輛火災(zāi)有一定的相似性，能夠較為真實(shí)地模擬火災(zāi)場景。通過控制乙醇的流量和燃燒時(shí)間，可調(diào)節(jié)火源功率，實(shí)現(xiàn)不同規(guī)?；馂?zāi)場景的模擬。在本次試驗(yàn)中，設(shè)置了三個(gè)火源功率工況，分別為10kW、20kW和30kW，以研究火源功率對排煙效果的影響。為了準(zhǔn)確測量隧道內(nèi)的煙氣參數(shù)，使用了多種測量儀器。在隧道內(nèi)不同位置（包括火源附近、排煙口附近、隧道兩端等）布置了K型熱電偶，用于測量煙氣溫度。K型熱電偶具有響應(yīng)速度快、測量精度高的特點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地測量煙氣溫度的變化。使用型號(hào)為XX的氣體濃度傳感器，測量一氧化碳、二氧化碳等有害氣體的濃度。該傳感器采用電化學(xué)原理，對一氧化碳和二氧化碳具有高靈敏度和選擇性，能夠準(zhǔn)確測量隧道內(nèi)有害氣體的濃度變化，為評估煙氣對人員的危害程度提供數(shù)據(jù)支持。在隧道內(nèi)不同高度和位置設(shè)置了熱線風(fēng)速儀，測量煙氣和空氣的流速。熱線風(fēng)速儀利用熱線探頭與流體之間的熱交換原理，能夠精確測量流體的流速，為研究煙氣的流動(dòng)特性提供數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與這些測量儀器相連，能夠?qū)崟r(shí)采集和記錄測量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用高速數(shù)據(jù)采集卡，采樣頻率為10Hz，能夠快速準(zhǔn)確地采集測量儀器輸出的電信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析。通過這種方式，能夠全面、準(zhǔn)確地獲取半橫向排煙公路隧道火災(zāi)排煙效果的相關(guān)數(shù)據(jù)，為深入研究提供有力的實(shí)驗(yàn)支持。5.3試驗(yàn)步驟與數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)前，需進(jìn)行一系列準(zhǔn)備工作。對模型隧道、排煙系統(tǒng)和測量儀器進(jìn)行全面檢查，確保各設(shè)備正常運(yùn)行。檢查模型隧道的密封性，防止煙氣泄漏影響試驗(yàn)結(jié)果。確認(rèn)排煙風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)正常，排煙閥能夠靈活開啟和關(guān)閉。對熱電偶、氣體濃度傳感器和風(fēng)速儀等測量儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在隧道內(nèi)按照預(yù)定方案布置好熱電偶、氣體濃度傳感器和風(fēng)速儀，連接好數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠正常工作。點(diǎn)火試驗(yàn)按照預(yù)定的火源功率工況進(jìn)行。首先啟動(dòng)半橫向排煙系統(tǒng)，使排煙風(fēng)機(jī)達(dá)到設(shè)定的工作狀態(tài)，確保排煙系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。然后點(diǎn)燃乙醇燃燒器，模擬火災(zāi)發(fā)生。在火源點(diǎn)燃的同時(shí)，立即啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，開始記錄隧道內(nèi)的煙氣參數(shù)。在試驗(yàn)過程中，密切觀察隧道內(nèi)的煙氣擴(kuò)散情況，通過有機(jī)玻璃制作的模型隧道，可以直觀地看到煙氣的上升、擴(kuò)散和進(jìn)入排煙通道的過程。數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔設(shè)定為1s，以確保能夠及時(shí)捕捉到煙氣參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集熱電偶測量的煙氣溫度、氣體濃度傳感器測量的一氧化碳和二氧化碳濃度以及風(fēng)速儀測量的煙氣和空氣流速數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被自動(dòng)記錄在計(jì)算機(jī)中，便于后續(xù)分析。在每個(gè)工況下，持續(xù)采集數(shù)據(jù)直到隧道內(nèi)的煙氣參數(shù)基本穩(wěn)定，即煙氣溫度、濃度和流速不再發(fā)生明顯變化。為了保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，每個(gè)工況重復(fù)進(jìn)行3次試驗(yàn)。在每次試驗(yàn)結(jié)束后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，檢查數(shù)據(jù)的合理性和一致性。若發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，及時(shí)查找原因并進(jìn)行修正。對3次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理，得到該工況下的平均煙氣參數(shù)，以減小試驗(yàn)誤差，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。通過嚴(yán)格按照上述試驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，準(zhǔn)確采集和處理數(shù)據(jù)，為后續(xù)分析半橫向排煙公路隧道火災(zāi)排煙效果提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，有助于深入研究煙氣擴(kuò)散規(guī)律和排煙效果的影響因素。5.4試驗(yàn)結(jié)果與分析以火源功率為20kW的工況為例，對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析。在該工況下，通過試驗(yàn)測量得到了隧道內(nèi)不同位置的煙氣溫度和一氧化碳濃度數(shù)據(jù)，并與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比。從煙氣溫度對比情況來看，在火源附近（距離火源0-5m），試驗(yàn)測得的最高煙氣溫度為450℃，而數(shù)值模擬結(jié)果為480℃，兩者相對誤差約為6.7%。隨著與火源距離的增加，試驗(yàn)值和模擬值都逐漸降低，但在距離火源10-15m處，試驗(yàn)值為250℃，模擬值為280℃，相對誤差達(dá)到12%。在距離火源20m及以上的區(qū)域，試驗(yàn)值和模擬值的相對誤差基本保持在10%以內(nèi)。對于一氧化碳濃度，在火源附近，試驗(yàn)測得的一氧化碳濃度峰值為5000ppm，數(shù)值模擬結(jié)果為5300ppm，相對誤差為6%。在距離火源較遠(yuǎn)的區(qū)域，如15-20m處，試驗(yàn)值為1000ppm，模擬值為1100ppm，相對誤差為9.1%。綜合來看，試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果在趨勢上基本一致，都能反映出隨著與火源距離的增加，煙氣溫度和一氧化碳濃度逐漸降低的規(guī)律。但在數(shù)值上存在一定差異，主要原因可能是在數(shù)值模擬中，對一些復(fù)雜的物理過程進(jìn)行了簡化，如燃燒反應(yīng)的詳細(xì)機(jī)理、煙氣與隧道壁面的復(fù)雜傳熱傳質(zhì)過程等，這些簡化可能導(dǎo)致模擬結(jié)果與實(shí)際情況存在偏差。試驗(yàn)過程中存在一定的測量誤差，測量儀器的精度、安裝位置以及試驗(yàn)環(huán)境的微小變化等因素，都可能對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。在不同火源功率工況下，試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的對比也呈現(xiàn)出相似的規(guī)律。隨著火源功率的增大，煙氣溫度和一氧化碳濃度的試驗(yàn)值和模擬值都相應(yīng)增加，且兩者在趨勢上保持一致，但在具體數(shù)值上存在一定的誤差。通過對試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的對比分析，可以驗(yàn)證數(shù)值模擬在一定程度上能夠準(zhǔn)確地預(yù)測半橫向排煙公路隧道火災(zāi)煙氣擴(kuò)散和排煙效果。雖然存在一定的誤差，但這種誤差在可接受范圍內(nèi)，數(shù)值模擬結(jié)果仍可為半橫向排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供重要的參考依據(jù)。同時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果也為進(jìn)一步改進(jìn)數(shù)值模擬方法提供了方向，通過考慮更多實(shí)際因素，優(yōu)化模型參數(shù)，可以提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。六、半橫向排煙公路隧道火災(zāi)排煙效果的優(yōu)化策略6.1排煙系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)根據(jù)前面的研究結(jié)果，為了提升半橫向排煙系統(tǒng)的排煙效果，需從排煙通道布局、排煙閥設(shè)置和風(fēng)機(jī)選型等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在排煙通道布局方面，應(yīng)綜合考慮隧道的長度、坡度、交通流量等因素。對于較長的隧道，可適當(dāng)增加排煙通道的數(shù)量，將隧道劃分為多個(gè)排煙分區(qū)，以縮短煙氣在隧道內(nèi)的流動(dòng)距離，提高排煙效率。在坡度較大的隧道中，排煙通道應(yīng)設(shè)置在較高的一側(cè)，利用煙氣的自然上升趨勢，促進(jìn)煙氣更快地進(jìn)入排煙通道。同時(shí)，排煙通道的截面形狀和尺寸也需優(yōu)化，采用圓形或橢圓形截面，相較于矩形截面，能減少煙氣流動(dòng)的阻力，提高排煙效果。排煙通道的截面積應(yīng)根據(jù)隧道的排煙量需求進(jìn)行精確計(jì)算，確保在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能夠滿足排出大量煙氣的要求。排煙閥的設(shè)置對排煙效果影響顯著。排煙閥的開啟方式和控制策略需要優(yōu)化，采用智能控制技術(shù)，根據(jù)火災(zāi)的位置、規(guī)模和煙氣擴(kuò)散情況，實(shí)時(shí)調(diào)整排煙閥的開啟數(shù)量和開啟程度，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)排煙。在火災(zāi)初期，當(dāng)火源功率較小、煙氣量較少時(shí)，可適當(dāng)減少排煙閥的開啟數(shù)量，集中排煙力量，提高排煙效率；隨著火災(zāi)的發(fā)展，當(dāng)火源功率增大、煙氣量增多時(shí)，逐漸增加排煙閥的開啟數(shù)量，確保能夠及時(shí)排出大量煙氣。風(fēng)機(jī)選型也是優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。應(yīng)根據(jù)隧道的規(guī)模和排煙需求，選擇合適類型和功率的風(fēng)機(jī)。對于大型隧道，可選用軸流風(fēng)機(jī)與離心風(fēng)機(jī)組合的方式，軸流風(fēng)機(jī)提供大流量的煙氣輸送，離心風(fēng)機(jī)則用于克服較高的阻力，確保煙氣能夠順利排出隧道。風(fēng)機(jī)的功率應(yīng)根據(jù)隧道的排煙量、煙氣溫度、阻力等參數(shù)進(jìn)行精確計(jì)算，確保風(fēng)機(jī)在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能夠提供足夠的抽吸力。同時(shí)，為了提高風(fēng)機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性，可采用冗余設(shè)計(jì)，設(shè)置備用風(fēng)機(jī)，當(dāng)主風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，備用風(fēng)機(jī)能夠自動(dòng)啟動(dòng)，確保排煙系統(tǒng)的正常運(yùn)行。6.2火災(zāi)預(yù)防與應(yīng)急管理措施火災(zāi)預(yù)防措施對于保障公路隧道的安全運(yùn)營至關(guān)重要。加強(qiáng)車輛檢查是預(yù)防火災(zāi)的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)在隧道入口處設(shè)置車輛安檢點(diǎn)，定期對過往車輛進(jìn)行全面檢查，特別是對運(yùn)輸易燃易爆物品的車輛，要嚴(yán)格檢查其防火防爆措施是否到位，車輛的電氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)等是否存在安全隱患。要求車輛定期進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，確保車輛性能良好，減少因車輛故障引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。例如，規(guī)定運(yùn)輸危險(xiǎn)化學(xué)品的車輛必須安裝防火罩，定期檢查車輛的制動(dòng)系統(tǒng)、輪胎磨損情況等，確保車輛在行駛過程中的安全性。設(shè)置火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的關(guān)鍵。在隧道內(nèi)每隔一定距離（如50m）設(shè)置手動(dòng)報(bào)警按鈕，方便駕乘人員在發(fā)現(xiàn)火災(zāi)時(shí)能夠迅速報(bào)警。安裝先進(jìn)的自動(dòng)火災(zāi)探測器，如雙波長火災(zāi)探測器、光纖分布式溫度監(jiān)測（差溫）系統(tǒng)等，這些探測器能夠快速、準(zhǔn)確地感知火災(zāi)的發(fā)生，并將報(bào)警信號(hào)及時(shí)傳輸?shù)剿淼辣O(jiān)控中心。雙波長火災(zāi)探測器可以通過分析火焰的不同波長特征，快速識(shí)別火災(zāi)，減少誤報(bào)率；光纖分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)則能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測隧道內(nèi)的溫度變化，一旦溫度異常升高，立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。為提高隧道內(nèi)的防火能力，應(yīng)采用防火性能良好的建筑材料和裝修材料。隧道的襯砌、吊頂?shù)炔课粦?yīng)使用不燃或難燃材料，減少火災(zāi)發(fā)生時(shí)材料的燃燒和煙氣產(chǎn)生。在隧道內(nèi)的電纜敷設(shè)、電氣設(shè)備安裝等方面，也要選用防火阻燃的材料和設(shè)備，防止電氣火災(zāi)的發(fā)生。采用防火電纜橋架，對電纜進(jìn)行防火保護(hù)；使用防火配電箱，提高電氣設(shè)備的防火性能。制定應(yīng)急預(yù)案是應(yīng)對隧道火災(zāi)的重要舉措。應(yīng)急預(yù)案應(yīng)明確火災(zāi)發(fā)生時(shí)的應(yīng)急響應(yīng)流程，包括報(bào)警、疏散、救援等各個(gè)環(huán)節(jié)的具體操作步驟和責(zé)任分工。規(guī)定隧道監(jiān)控中心在接到火災(zāi)報(bào)警后，應(yīng)立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，通知消防、醫(yī)療、交通等相關(guān)部門，并組織隧道內(nèi)的工作人員進(jìn)行初期滅火和人員疏散。同時(shí)，根據(jù)隧道的實(shí)際情況，制定不同火災(zāi)場景下的應(yīng)對策略，如不同火源位置、不同火災(zāi)規(guī)模等情況下的排煙方案、人員疏散路線等。定期組織演練是檢驗(yàn)和提高應(yīng)急預(yù)案有效性的重要手段。演練應(yīng)模擬真實(shí)的火災(zāi)場景，包括火災(zāi)報(bào)警、人員疏散、滅火救援、排煙控制等環(huán)節(jié)，讓隧道管理人員、工作人員以及相關(guān)救援部門熟悉應(yīng)急處置流程，提高協(xié)同作戰(zhàn)能力。通過演練，還可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案中存在的問題和不足，及時(shí)進(jìn)行修訂和完善。例如，定期組織消防部門、隧道管理部門和醫(yī)療部門進(jìn)行聯(lián)合演練，在演練中設(shè)置各種突發(fā)情況，檢驗(yàn)各部門之間的協(xié)調(diào)配合能力和應(yīng)急處置能力。同時(shí)，對演練過程進(jìn)行詳細(xì)記錄和分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，不斷提高演練的質(zhì)量和效果。加強(qiáng)對隧道管理人員和工作人員的培訓(xùn)，提高他們的火災(zāi)預(yù)防意識(shí)和應(yīng)急處置能力。培訓(xùn)內(nèi)容應(yīng)包括火災(zāi)預(yù)防知識(shí)、火災(zāi)報(bào)警方法、初期滅火技能、人員疏散組織等方面。通過培訓(xùn)，使他們能夠在火災(zāi)發(fā)生時(shí)迅速、有效地采取措施，減少火災(zāi)損失。例如，定期組織隧道管理人員和工作人員參加消防培訓(xùn)課程，邀請專業(yè)消防人員進(jìn)行授課和現(xiàn)場指導(dǎo)，讓他們親身體驗(yàn)滅火操作和人員疏散演練，提高他們的實(shí)際操作能力。火災(zāi)預(yù)防與應(yīng)急管理措施是保障半橫向排煙公路隧道安全運(yùn)營的重要保障。通過加強(qiáng)車輛檢查、設(shè)置火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、采用防火材料、制定應(yīng)急預(yù)案、組織演練和培訓(xùn)等措施，可以有效預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生，提高隧道在火災(zāi)發(fā)生時(shí)的應(yīng)急處置能力，保障人員生命安全和隧道設(shè)施的安全。6.3新技術(shù)的應(yīng)用與展望隨著科技的不斷進(jìn)步，智能控制技術(shù)在隧道火災(zāi)排煙領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。通過引入先進(jìn)的傳感器技術(shù)，如分布式光纖傳感器、激光氣體傳感器等，可以實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)地監(jiān)測隧道內(nèi)的溫度、煙氣濃度、風(fēng)速等關(guān)