弧形截面隧道內(nèi)受限火行為與移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙協(xié)同優(yōu)化研究一、引言1.1研究背景與意義隨著城市化進(jìn)程的加速和交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進(jìn)，隧道作為交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其數(shù)量和規(guī)模日益增長(zhǎng)?；⌒谓孛嫠淼酪蚱洫?dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在地下交通工程中得到了廣泛應(yīng)用。然而，隧道內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi)，由于其相對(duì)封閉的空間和特殊的結(jié)構(gòu)，火災(zāi)行為將受到極大的限制，給人員疏散、消防救援和結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。隧道火災(zāi)往往具有火勢(shì)發(fā)展迅速、煙氣擴(kuò)散快、溫度升高等特點(diǎn)，這些特性使得火災(zāi)在隧道內(nèi)的危害程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通建筑火災(zāi)。從過往的隧道火災(zāi)事故案例來(lái)看，其造成的后果十分嚴(yán)重。例如，1999年3月24日，法國(guó)勃朗峰隧道發(fā)生火災(zāi)，這場(chǎng)火災(zāi)持續(xù)燃燒了53個(gè)小時(shí)，造成39人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)億歐元。又如，2000年11月11日，奧地利托恩隧道火災(zāi)，導(dǎo)致12人死亡，隧道設(shè)施嚴(yán)重受損，交通中斷長(zhǎng)達(dá)數(shù)月之久。這些慘痛的事故表明，隧道火災(zāi)不僅會(huì)對(duì)人員生命安全構(gòu)成直接威脅，還會(huì)對(duì)交通系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境造成巨大的負(fù)面影響。對(duì)于弧形截面隧道而言，其通風(fēng)條件相對(duì)較差，氣流流速較小，火災(zāi)發(fā)生時(shí)煙氣難以自然排放，這進(jìn)一步加劇了火災(zāi)的危險(xiǎn)性。在這種情況下，深入研究弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征，對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)火災(zāi)發(fā)展趨勢(shì)、評(píng)估火災(zāi)危害程度以及制定有效的防火減災(zāi)措施具有至關(guān)重要的意義。同時(shí)，研發(fā)高效的排煙方法，特別是移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方法，對(duì)于及時(shí)排出火災(zāi)煙氣，降低煙氣濃度和溫度，為人員疏散和消防救援創(chuàng)造有利條件，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在實(shí)際應(yīng)用中，移動(dòng)式風(fēng)機(jī)因其靈活性和便捷性，成為弧形截面隧道火災(zāi)排煙的一種重要手段。然而，目前對(duì)于移動(dòng)式風(fēng)機(jī)在弧形截面隧道內(nèi)的排煙機(jī)理、工作特性以及優(yōu)化配置等方面的研究還相對(duì)不足，導(dǎo)致在實(shí)際火災(zāi)排煙過程中，難以充分發(fā)揮其排煙效能，無(wú)法滿足隧道火災(zāi)安全防護(hù)的需求。因此，開展弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征及移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方法研究，具有重要的理論價(jià)值和工程應(yīng)用價(jià)值。通過本研究，旨在揭示弧形截面隧道內(nèi)受限火行為的內(nèi)在規(guī)律，明確移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙的關(guān)鍵影響因素，提出優(yōu)化的排煙方案和技術(shù)措施，為弧形截面隧道的防火設(shè)計(jì)、火災(zāi)防控以及應(yīng)急救援提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，從而有效降低隧道火災(zāi)事故的發(fā)生率和損失程度，保障隧道交通安全和人員生命財(cái)產(chǎn)安全。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1隧道火行為研究現(xiàn)狀隧道火行為的研究一直是隧道火災(zāi)安全領(lǐng)域的重要課題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和理論分析等多種方法，對(duì)隧道火行為的各個(gè)方面進(jìn)行了深入探討。在實(shí)驗(yàn)研究方面，國(guó)外開展了一系列具有代表性的大型隧道火災(zāi)實(shí)驗(yàn)。例如，英國(guó)的水晶宮隧道火災(zāi)試驗(yàn)，研究了隧道火災(zāi)中人員疏散行為；美國(guó)德克薩斯州Amarillo市市區(qū)道路隧道火災(zāi)試驗(yàn)，探究了建筑材料對(duì)隧道火災(zāi)的影響；澳大利亞悉尼海灣隧道火災(zāi)試驗(yàn)，分析了火源在隧道中的特征和隧道中煙霧的分布情況。這些實(shí)驗(yàn)為隧道火行為的研究提供了寶貴的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，揭示了隧道火災(zāi)的一些基本規(guī)律。國(guó)內(nèi)的隧道火災(zāi)試驗(yàn)研究起步相對(duì)較晚，但也取得了顯著進(jìn)展。初期試驗(yàn)階段（1979-1983年）主要針對(duì)橫向通風(fēng)隧道和縱向通風(fēng)隧道的火災(zāi)燃燒特性及煙氣排放特性進(jìn)行研究；中期試驗(yàn)階段（1984-1993年）側(cè)重于隧道施工中的材料、防火方案、滅火方案等方面的研究；高溫區(qū)仿真試驗(yàn)階段（1994年以后）則主要針對(duì)高溫區(qū)（即火源處）的火災(zāi)特性進(jìn)行試驗(yàn)研究，包括溫度場(chǎng)分析、煙氣品質(zhì)分析、火災(zāi)擴(kuò)散分析等。數(shù)值模擬作為研究隧道火行為的重要手段，近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用。常用的數(shù)值模擬軟件如FDS（FireDynamicsSimulator）、ANSYS等，能夠?qū)λ淼阑馂?zāi)過程中的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、濃度場(chǎng)等進(jìn)行模擬分析。通過建立合理的數(shù)值模型，可以深入研究不同因素對(duì)隧道火行為的影響，如火源功率、通風(fēng)條件、隧道幾何形狀等。例如，青島技術(shù)大學(xué)的張春濤教授團(tuán)隊(duì)利用CFD數(shù)值模擬方法對(duì)隧道火災(zāi)傳播規(guī)律進(jìn)行了研究，建立了一套可行的數(shù)值模擬方案，為隧道火災(zāi)預(yù)測(cè)與應(yīng)急處置提供了重要的技術(shù)支持。在理論分析方面，學(xué)者們基于傳熱學(xué)、流體力學(xué)等基本理論，建立了各種隧道火災(zāi)模型，用于描述隧道火災(zāi)的發(fā)展過程和火行為特征。這些理論模型為深入理解隧道火行為的物理機(jī)制提供了基礎(chǔ)，同時(shí)也為數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究提供了理論指導(dǎo)。1.2.2隧道排煙技術(shù)研究現(xiàn)狀隧道排煙技術(shù)是隧道火災(zāi)安全防護(hù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，旨在及時(shí)排出火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣，降低煙氣濃度和溫度，為人員疏散和消防救援創(chuàng)造有利條件。目前，隧道排煙技術(shù)主要包括自然排煙、機(jī)械排煙以及自然與機(jī)械結(jié)合排煙等方式。自然排煙是利用火災(zāi)產(chǎn)生的熱煙氣流與外界冷空氣的密度差，形成自然對(duì)流，將煙氣排出隧道。豎井自然排煙是自然排煙的一種常見形式，其排煙效果受到豎井高度、直徑、形狀、位置以及隧道內(nèi)風(fēng)速、風(fēng)向、溫度等多種因素的影響。通過改變豎井形狀、增加導(dǎo)流板、設(shè)置多層豎井等措施，可以優(yōu)化自然排煙效果，提高排煙效率。例如，在一些隧道設(shè)計(jì)中，采用圓形或方形豎井，并合理設(shè)置其直徑和高度，以增強(qiáng)自然排煙能力。機(jī)械排煙則是通過安裝在隧道內(nèi)的風(fēng)機(jī)等設(shè)備，強(qiáng)制排出煙氣。機(jī)械排煙又可分為縱向通風(fēng)排煙、橫向通風(fēng)排煙和半橫向通風(fēng)排煙等方式。縱向通風(fēng)排煙是目前應(yīng)用較為廣泛的一種機(jī)械排煙方式，通過在隧道內(nèi)設(shè)置風(fēng)機(jī)，形成縱向氣流，將煙氣排出隧道。其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單、投資少，但在火災(zāi)規(guī)模較大時(shí)，排煙效果可能受到限制。橫向通風(fēng)排煙和半橫向通風(fēng)排煙則通過在隧道內(nèi)設(shè)置專門的排煙風(fēng)道和風(fēng)口，將煙氣排出隧道，排煙效果相對(duì)較好，但系統(tǒng)復(fù)雜、投資較大。此外，為了提高隧道排煙效果，國(guó)內(nèi)外學(xué)者還對(duì)排煙技術(shù)的優(yōu)化進(jìn)行了研究。例如，通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，分析不同排煙方式下的煙氣流動(dòng)特性，優(yōu)化排煙風(fēng)機(jī)的布置位置和運(yùn)行參數(shù)；研究新型的排煙設(shè)備和技術(shù)，如射流風(fēng)機(jī)、誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)等，以提高排煙效率和可靠性。1.2.3研究現(xiàn)狀總結(jié)與不足綜上所述，國(guó)內(nèi)外在隧道火行為和排煙技術(shù)方面已經(jīng)取得了豐碩的研究成果，為隧道火災(zāi)的預(yù)防和控制提供了重要的理論支持和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。然而，當(dāng)前研究仍存在一些不足之處，特別是在弧形截面隧道和移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方面。對(duì)于弧形截面隧道，由于其獨(dú)特的幾何形狀和通風(fēng)條件，與傳統(tǒng)的直線型隧道存在較大差異?，F(xiàn)有的研究大多集中在直線型隧道，對(duì)弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征的研究相對(duì)較少?；⌒谓孛嫠淼纼?nèi)的氣流分布、煙氣擴(kuò)散規(guī)律以及溫度場(chǎng)分布等方面的研究還不夠深入，缺乏系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬分析。這使得在弧形截面隧道的防火設(shè)計(jì)和火災(zāi)防控中，難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)火行為的發(fā)展趨勢(shì)，制定有效的防火減災(zāi)措施。在移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方面，雖然移動(dòng)式風(fēng)機(jī)在隧道火災(zāi)排煙中具有靈活性和便捷性的優(yōu)勢(shì)，但目前對(duì)于其在弧形截面隧道內(nèi)的排煙機(jī)理、工作特性以及優(yōu)化配置等方面的研究還相對(duì)不足。不同型號(hào)和規(guī)格的移動(dòng)式風(fēng)機(jī)在弧形截面隧道內(nèi)的排煙效果差異較大，如何根據(jù)隧道的實(shí)際情況選擇合適的移動(dòng)式風(fēng)機(jī)，并優(yōu)化其布置位置和運(yùn)行參數(shù)，以達(dá)到最佳的排煙效果，仍然是一個(gè)亟待解決的問題。此外，移動(dòng)式風(fēng)機(jī)與隧道內(nèi)其他通風(fēng)設(shè)備和消防設(shè)施的協(xié)同工作機(jī)制也需要進(jìn)一步研究，以提高隧道火災(zāi)排煙的整體效能。因此，開展弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征及移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方法研究具有重要的必要性和緊迫性。通過深入研究弧形截面隧道內(nèi)的火行為特征，揭示其內(nèi)在規(guī)律，結(jié)合移動(dòng)式風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)，優(yōu)化排煙方案和技術(shù)措施，有望為弧形截面隧道的火災(zāi)安全防護(hù)提供更加科學(xué)、有效的理論支持和技術(shù)手段。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究將圍繞弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征及移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方法展開，具體研究?jī)?nèi)容如下：弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征實(shí)驗(yàn)研究：搭建弧形截面隧道縮尺實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，模擬不同火源功率、通風(fēng)條件下的火災(zāi)場(chǎng)景。在隧道內(nèi)設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)測(cè)量火災(zāi)過程中的熱釋放速率、煙氣溫度、煙氣濃度、風(fēng)速等參數(shù)。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，揭示弧形截面隧道內(nèi)受限火行為的火勢(shì)演化規(guī)律，包括火焰?zhèn)鞑ヌ匦?、煙氣擴(kuò)散規(guī)律、溫度場(chǎng)分布特征等。例如，研究不同火源位置對(duì)煙氣擴(kuò)散路徑和溫度分布的影響，分析通風(fēng)條件變化時(shí)火勢(shì)的發(fā)展趨勢(shì)。弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征數(shù)值模擬研究：采用專業(yè)的火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬軟件，如FDS（FireDynamicsSimulator），建立弧形截面隧道的三維數(shù)值模型。對(duì)不同工況下的火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行數(shù)值模擬，包括不同隧道弧度、火源功率、通風(fēng)方式等。通過模擬結(jié)果，深入分析弧形截面隧道內(nèi)的氣流組織、熱量傳遞、物質(zhì)擴(kuò)散等物理過程，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，并進(jìn)一步探究實(shí)驗(yàn)難以測(cè)量的參數(shù)和現(xiàn)象，如隧道內(nèi)的壓力分布、熱輻射強(qiáng)度等。移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙機(jī)理與工作特性研究：分析移動(dòng)式風(fēng)機(jī)在弧形截面隧道內(nèi)的排煙機(jī)理，研究風(fēng)機(jī)的類型、功率、轉(zhuǎn)速、布置位置等因素對(duì)排煙效果的影響。通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬，獲取不同工況下移動(dòng)式風(fēng)機(jī)的排煙效率、煙氣控制范圍等工作特性參數(shù)。例如，對(duì)比不同類型移動(dòng)式風(fēng)機(jī)在相同隧道條件下的排煙效果，研究風(fēng)機(jī)布置位置與火源位置的相對(duì)關(guān)系對(duì)排煙效果的影響規(guī)律。移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方案優(yōu)化研究：基于弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征和移動(dòng)式風(fēng)機(jī)工作特性的研究成果，提出移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方案的優(yōu)化策略。通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)風(fēng)機(jī)的布置方式、運(yùn)行參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高排煙效率，降低煙氣對(duì)人員和結(jié)構(gòu)的危害。例如，研究多臺(tái)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)協(xié)同工作時(shí)的最優(yōu)布置方案和運(yùn)行參數(shù)組合，分析不同優(yōu)化策略下的排煙效果提升情況?？紤]實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)與評(píng)估：結(jié)合實(shí)際弧形截面隧道的工程特點(diǎn)和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙系統(tǒng)。考慮隧道的長(zhǎng)度、寬度、高度、交通流量、火災(zāi)荷載等因素，確定風(fēng)機(jī)的數(shù)量、型號(hào)、安裝位置等參數(shù)。對(duì)設(shè)計(jì)的排煙系統(tǒng)進(jìn)行性能評(píng)估，包括在不同火災(zāi)場(chǎng)景下的排煙效果、系統(tǒng)可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面的評(píng)估，為實(shí)際工程應(yīng)用提供技術(shù)支持和決策依據(jù)。1.3.2研究方法為實(shí)現(xiàn)上述研究?jī)?nèi)容，本研究將綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和理論分析等方法：實(shí)驗(yàn)研究方法：搭建縮尺實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪菍?shí)驗(yàn)研究的關(guān)鍵步驟。根據(jù)相似理論，確定模型的幾何尺寸、材料選擇以及實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)定，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際弧形截面隧道內(nèi)的火行為和排煙情況。在實(shí)驗(yàn)過程中，采用高精度的測(cè)量?jī)x器，如熱電偶、煙氣分析儀、風(fēng)速儀等，對(duì)火災(zāi)參數(shù)和煙氣特性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。同時(shí)，設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)工況，進(jìn)行多組重復(fù)實(shí)驗(yàn)，以提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。例如，在研究火源功率對(duì)火行為的影響時(shí)，設(shè)置多個(gè)不同功率的火源，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。數(shù)值模擬方法：利用專業(yè)的火災(zāi)模擬軟件FDS進(jìn)行數(shù)值模擬。首先，建立準(zhǔn)確的隧道幾何模型，包括隧道的弧形截面、長(zhǎng)度、寬度等參數(shù)。然后，設(shè)定合理的邊界條件和物理參數(shù)，如火源的熱釋放速率、通風(fēng)條件、隧道壁面的熱物性參數(shù)等。通過調(diào)整模擬參數(shù)，模擬不同工況下的火災(zāi)場(chǎng)景和排煙過程。對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行后處理分析，獲取溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、濃度場(chǎng)等信息，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，以確保數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，在模擬移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙時(shí)，通過改變風(fēng)機(jī)的參數(shù)和布置位置，觀察模擬結(jié)果中煙氣的擴(kuò)散和排出情況。理論分析方法：基于傳熱學(xué)、流體力學(xué)、燃燒理論等基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行理論分析。建立數(shù)學(xué)模型，描述弧形截面隧道內(nèi)的火行為和煙氣流動(dòng)過程，推導(dǎo)相關(guān)的計(jì)算公式和理論表達(dá)式。通過理論分析，深入理解火行為和排煙過程的物理本質(zhì)，揭示影響因素之間的內(nèi)在聯(lián)系，為實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬提供理論指導(dǎo)，并對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行理論解釋和驗(yàn)證。例如，運(yùn)用傳熱學(xué)理論分析隧道內(nèi)的熱量傳遞過程，利用流體力學(xué)原理研究煙氣的流動(dòng)特性。二、弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征實(shí)驗(yàn)研究2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與裝置搭建為深入探究弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征，本研究精心設(shè)計(jì)并搭建了一套實(shí)驗(yàn)裝置，以確保實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)采用縮尺模型來(lái)模擬實(shí)際的弧形截面隧道。根據(jù)相似理論，綜合考慮實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、設(shè)備條件以及實(shí)驗(yàn)成本等因素，確定模型的幾何相似比為1:10。隧道模型的主體結(jié)構(gòu)采用有機(jī)玻璃材料制作，這種材料具有良好的透光性，便于直接觀察隧道內(nèi)的火災(zāi)現(xiàn)象和煙氣流動(dòng)情況，同時(shí)其物理性能相對(duì)穩(wěn)定，能夠滿足實(shí)驗(yàn)的要求。隧道模型的弧形段半徑為1m，弧長(zhǎng)根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行調(diào)整，直線段長(zhǎng)度為5m，截面形狀為半圓形，直徑為0.6m，以盡可能地還原實(shí)際弧形截面隧道的幾何特征?；鹪丛O(shè)置是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。本研究選用庚烷作為燃料，庚烷是一種常見的碳?xì)浠衔?，其燃燒特性與實(shí)際隧道火災(zāi)中的燃油類火源具有一定的相似性。采用直徑為0.2m的圓形油盤作為火源載體，通過控制油盤內(nèi)庚烷的液位高度和燃燒時(shí)間，來(lái)精確調(diào)節(jié)火源的熱釋放速率。熱釋放速率是衡量火源強(qiáng)度的重要參數(shù)，它對(duì)隧道內(nèi)的火行為和煙氣擴(kuò)散有著直接的影響。在實(shí)驗(yàn)中，利用量熱儀對(duì)不同工況下的火源熱釋放速率進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。根據(jù)前期調(diào)研和實(shí)際工程需求，設(shè)置了多個(gè)不同的火源熱釋放速率工況，分別為50kW、100kW、150kW和200kW，以研究不同火源強(qiáng)度對(duì)隧道內(nèi)受限火行為的影響。為全面監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)火災(zāi)過程中的各種物理參數(shù)，在隧道模型內(nèi)合理布置了多種測(cè)量?jī)x器。在隧道頂部中軸線位置，每隔0.5m布置一個(gè)K型熱電偶，用于測(cè)量煙氣溫度的縱向分布。K型熱電偶具有響應(yīng)速度快、測(cè)量精度高的特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確捕捉到煙氣溫度的變化。在隧道橫截面上，分別在距離地面0.1m、0.3m和0.5m高度處，沿徑向均勻布置3個(gè)熱電偶，以獲取煙氣溫度的橫向分布信息。同時(shí)，在隧道內(nèi)不同位置布置了多個(gè)煙氣成分分析儀，用于實(shí)時(shí)測(cè)量一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO?）等有害氣體的濃度。這些分析儀采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)，能夠快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出煙氣中有害氣體的含量。此外，還在隧道內(nèi)設(shè)置了風(fēng)速儀，用于測(cè)量隧道內(nèi)的氣流速度和方向，風(fēng)速儀的測(cè)量精度能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求，確保對(duì)氣流參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量。移動(dòng)式風(fēng)機(jī)是本實(shí)驗(yàn)研究的重點(diǎn)設(shè)備之一，其選型和安裝對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著重要的影響。根據(jù)隧道模型的尺寸和實(shí)驗(yàn)需求，選用了一款軸流式移動(dòng)式風(fēng)機(jī)。該風(fēng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、便于移動(dòng)和操作等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其風(fēng)量、風(fēng)壓等性能參數(shù)能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求。風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量為1000m3/h，額定風(fēng)壓為500Pa，轉(zhuǎn)速可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的實(shí)驗(yàn)工況。在安裝移動(dòng)式風(fēng)機(jī)時(shí)，將其放置在隧道模型的入口處，通過調(diào)整風(fēng)機(jī)的角度和位置，使其能夠向隧道內(nèi)提供穩(wěn)定的氣流。為了準(zhǔn)確控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，配備了專門的風(fēng)機(jī)控制器，通過控制器可以精確調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和風(fēng)量，確保實(shí)驗(yàn)條件的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。2.2不同火源條件下的火行為特征分析2.2.1火源功率對(duì)火行為的影響火源功率作為隧道火災(zāi)中一個(gè)關(guān)鍵的影響因素，對(duì)弧形截面隧道內(nèi)的火行為有著顯著的作用。在本實(shí)驗(yàn)中，通過設(shè)置不同功率的火源，分別為50kW、100kW、150kW和200kW，深入探究了火源功率對(duì)火勢(shì)蔓延、煙氣溫度、熱釋放速率等參數(shù)的影響。隨著火源功率的增大，火勢(shì)蔓延速度明顯加快。在火源功率為50kW時(shí)，火焰在隧道內(nèi)的蔓延較為緩慢，在初期階段，火焰主要集中在火源附近，隨著時(shí)間的推移，火焰逐漸向隧道上游和下游蔓延，但蔓延速度相對(duì)較慢。當(dāng)火源功率增加到100kW時(shí)，火焰蔓延速度顯著提高，在較短的時(shí)間內(nèi)，火焰就能夠覆蓋更大的范圍，對(duì)隧道內(nèi)的設(shè)施和人員安全構(gòu)成更大的威脅。而當(dāng)火源功率達(dá)到150kW和200kW時(shí)，火勢(shì)蔓延極為迅速，幾乎在瞬間就能夠充滿較大的空間，隧道內(nèi)的溫度也會(huì)在短時(shí)間內(nèi)急劇上升。煙氣溫度與火源功率之間存在著密切的正相關(guān)關(guān)系。在火源功率為50kW的情況下，隧道內(nèi)的煙氣溫度上升較為緩慢，在距離火源一定距離處，煙氣溫度的升高幅度相對(duì)較小。隨著火源功率增大到100kW，煙氣溫度上升速度明顯加快，在火源正上方以及下游一定范圍內(nèi)，煙氣溫度迅速升高，超過了一般人體所能承受的溫度范圍，對(duì)人員的生命安全造成嚴(yán)重威脅。當(dāng)火源功率進(jìn)一步增大到150kW和200kW時(shí)，隧道內(nèi)的煙氣溫度急劇升高，在火源附近區(qū)域，煙氣溫度甚至能夠達(dá)到數(shù)百攝氏度，這不僅會(huì)對(duì)隧道內(nèi)的結(jié)構(gòu)材料造成嚴(yán)重的損害，降低其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，還會(huì)阻礙人員的疏散和消防救援工作的開展。熱釋放速率是衡量火源功率的一個(gè)重要指標(biāo)，它直接反映了火災(zāi)的強(qiáng)度和能量釋放情況。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，火源功率越大，熱釋放速率越高。當(dāng)火源功率從50kW增加到100kW時(shí)，熱釋放速率相應(yīng)地大幅提高，這意味著火災(zāi)釋放出的能量更多，對(duì)周圍環(huán)境的熱輻射也更強(qiáng)。隨著火源功率繼續(xù)增大到150kW和200kW，熱釋放速率呈現(xiàn)出指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，火災(zāi)的破壞力也隨之急劇增強(qiáng)。大量的熱量釋放到隧道內(nèi)，使得隧道內(nèi)的空氣迅速升溫，形成強(qiáng)烈的熱對(duì)流和熱輻射，進(jìn)一步加劇了火勢(shì)的蔓延和煙氣的擴(kuò)散。通過對(duì)不同火源功率下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以建立起火源功率與火勢(shì)蔓延速度、煙氣溫度、熱釋放速率等參數(shù)之間的定量關(guān)系。利用這些關(guān)系，可以對(duì)弧形截面隧道內(nèi)的火災(zāi)發(fā)展進(jìn)行更加準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和評(píng)估，為隧道的防火設(shè)計(jì)、火災(zāi)防控以及應(yīng)急救援提供科學(xué)依據(jù)。例如，在隧道的防火設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)可能出現(xiàn)的火源功率大小，合理確定隧道內(nèi)的消防設(shè)施配置、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人員疏散方案，以提高隧道在火災(zāi)情況下的安全性和可靠性。在火災(zāi)防控方面，可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)火源功率的變化，及時(shí)調(diào)整消防策略，采取有效的滅火和排煙措施，降低火災(zāi)的危害程度。在應(yīng)急救援過程中，救援人員可以根據(jù)火源功率與其他參數(shù)的關(guān)系，準(zhǔn)確判斷火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)程度，制定合理的救援方案，確保自身安全的同時(shí)，提高救援效率。2.2.2火源位置對(duì)火行為的影響火源位置在弧形截面隧道內(nèi)的火災(zāi)場(chǎng)景中扮演著至關(guān)重要的角色，它直接影響著隧道內(nèi)溫度場(chǎng)、煙氣擴(kuò)散形態(tài)及濃度分布的差異。為了深入研究這一影響，本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了多個(gè)不同的火源位置，包括隧道的入口處、中間位置和出口處，通過對(duì)不同火源位置下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，揭示了火源位置對(duì)火行為的影響規(guī)律。當(dāng)火源位于隧道入口處時(shí)，由于受到入口處氣流的影響，煙氣會(huì)迅速向隧道內(nèi)擴(kuò)散。在初期階段，煙氣主要沿著隧道頂部向隧道內(nèi)部蔓延，形成一個(gè)較為明顯的煙氣層。隨著時(shí)間的推移，煙氣逐漸向下沉降，使得隧道內(nèi)的可見度迅速降低，對(duì)人員疏散造成極大的困難。在溫度場(chǎng)分布方面，火源附近的溫度迅速升高，而隨著距離火源的增加，溫度逐漸降低。在隧道入口處，由于新鮮空氣的不斷涌入，使得火源附近的溫度相對(duì)較低，但隨著煙氣的擴(kuò)散，隧道內(nèi)部的溫度會(huì)逐漸升高，形成一個(gè)從入口到內(nèi)部逐漸升高的溫度梯度?；鹪刺幱谒淼乐虚g位置時(shí)，煙氣擴(kuò)散呈現(xiàn)出較為對(duì)稱的形態(tài)。在火源正上方，煙氣溫度最高，隨著距離火源的橫向和縱向距離的增加，溫度逐漸降低。煙氣在隧道內(nèi)形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的高溫區(qū)域，該區(qū)域的范圍隨著火源功率的增大而擴(kuò)大。在濃度分布方面，一氧化碳等有害氣體的濃度在火源附近最高，然后隨著距離的增加而逐漸降低。由于隧道中間位置相對(duì)較為封閉，煙氣的擴(kuò)散受到一定的限制，使得有害氣體在隧道內(nèi)的積聚更加明顯，對(duì)人員的生命安全構(gòu)成更大的威脅。若火源位于隧道出口處，煙氣會(huì)在出口處迅速排出隧道，但同時(shí)也會(huì)對(duì)出口周圍的環(huán)境造成污染。在隧道內(nèi)部，由于煙氣的排出，隧道內(nèi)的壓力相對(duì)較低，新鮮空氣會(huì)從隧道入口處迅速涌入，形成強(qiáng)烈的氣流。這種氣流會(huì)對(duì)火勢(shì)的發(fā)展和煙氣的擴(kuò)散產(chǎn)生重要影響，使得火焰更容易向隧道內(nèi)部蔓延，煙氣的擴(kuò)散形態(tài)也更加復(fù)雜。在溫度場(chǎng)分布方面，火源附近的溫度仍然最高，但由于新鮮空氣的冷卻作用，隧道內(nèi)部的溫度分布相對(duì)較為均勻，溫度梯度較小。通過對(duì)不同火源位置下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以清晰地看出火源位置對(duì)隧道內(nèi)溫度場(chǎng)、煙氣擴(kuò)散形態(tài)及濃度分布有著顯著的影響。這些影響規(guī)律為弧形截面隧道的排煙設(shè)計(jì)提供了重要的依據(jù)。在排煙設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)火源可能出現(xiàn)的位置，合理布置排煙口和通風(fēng)設(shè)備，以確保在火災(zāi)發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)有效地排出煙氣，降低煙氣濃度和溫度，為人員疏散和消防救援創(chuàng)造有利條件。例如，當(dāng)火源位于隧道入口處時(shí)，可以在入口處附近設(shè)置多個(gè)排煙口，加強(qiáng)對(duì)入口處煙氣的排出，同時(shí)在隧道內(nèi)部設(shè)置輔助通風(fēng)設(shè)備，引導(dǎo)煙氣向排煙口流動(dòng)。當(dāng)火源位于隧道中間位置時(shí)，應(yīng)在火源正上方和周圍區(qū)域設(shè)置高效的排煙口，確保能夠及時(shí)排出高溫?zé)煔?，減少有害氣體的積聚。當(dāng)火源位于隧道出口處時(shí)，除了在出口處設(shè)置排煙口外，還需要考慮對(duì)出口周圍環(huán)境的保護(hù)，采取相應(yīng)的措施防止煙氣對(duì)周圍環(huán)境造成污染。2.3自然通風(fēng)條件下的火行為特征自然通風(fēng)作為隧道通風(fēng)的一種基本方式，在弧形截面隧道火災(zāi)中發(fā)揮著重要作用，其對(duì)隧道內(nèi)火行為特征的影響機(jī)制較為復(fù)雜，涉及到氣流與火災(zāi)相互作用的多個(gè)方面。在自然通風(fēng)條件下，隧道內(nèi)的氣流主要由自然風(fēng)壓和熱壓驅(qū)動(dòng)。自然風(fēng)壓是由于隧道進(jìn)出口的氣壓差產(chǎn)生的，而熱壓則是由火災(zāi)產(chǎn)生的熱量使隧道內(nèi)空氣溫度升高，導(dǎo)致空氣密度減小，從而形成向上的浮力，驅(qū)動(dòng)氣流運(yùn)動(dòng)。這種自然通風(fēng)形成的氣流對(duì)火勢(shì)蔓延有著顯著的影響。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火源周圍的空氣被加熱，形成熱羽流。在自然通風(fēng)的作用下，熱羽流會(huì)沿著隧道頂部向上下游蔓延。由于弧形截面隧道的特殊形狀，氣流在隧道內(nèi)的流動(dòng)會(huì)受到一定的阻礙，導(dǎo)致熱羽流的蔓延速度相對(duì)較慢。然而，隨著火災(zāi)的發(fā)展，熱羽流的強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，當(dāng)熱羽流的浮力足以克服氣流的阻力時(shí)，火勢(shì)會(huì)迅速蔓延。例如，在一些自然通風(fēng)條件較差的弧形截面隧道中，火災(zāi)發(fā)生后，火勢(shì)可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速擴(kuò)大，難以控制。煙氣擴(kuò)散是隧道火災(zāi)中另一個(gè)關(guān)鍵問題，自然通風(fēng)對(duì)其有著重要的影響。在自然通風(fēng)的作用下，煙氣會(huì)隨著氣流在隧道內(nèi)擴(kuò)散。由于煙氣的密度比空氣小，在熱浮力的作用下，煙氣會(huì)首先聚集在隧道頂部，形成一個(gè)煙氣層。隨著煙氣的不斷產(chǎn)生，煙氣層會(huì)逐漸向下擴(kuò)展，導(dǎo)致隧道內(nèi)的能見度降低，對(duì)人員疏散和消防救援造成極大的困難。同時(shí)，自然通風(fēng)的風(fēng)向和風(fēng)速會(huì)直接影響煙氣的擴(kuò)散方向和速度。當(dāng)自然通風(fēng)的風(fēng)速較小時(shí)，煙氣的擴(kuò)散速度也會(huì)較慢，容易在隧道內(nèi)積聚；而當(dāng)自然通風(fēng)的風(fēng)速較大時(shí)，煙氣會(huì)迅速向隧道出口擴(kuò)散，但也可能會(huì)導(dǎo)致煙氣的逆流現(xiàn)象，使得煙氣在隧道內(nèi)的分布更加復(fù)雜。例如，在一些弧形截面隧道中，由于隧道的彎曲和自然通風(fēng)條件的變化，煙氣可能會(huì)在隧道內(nèi)形成局部的高濃度區(qū)域，對(duì)人員的生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。溫度分布是評(píng)估隧道火災(zāi)危害程度的重要指標(biāo)之一，自然通風(fēng)對(duì)隧道內(nèi)溫度分布有著顯著的影響。在自然通風(fēng)條件下，隧道內(nèi)的溫度分布呈現(xiàn)出明顯的不均勻性。火源附近的溫度最高，隨著距離火源的增加，溫度逐漸降低。在隧道頂部，由于熱羽流的作用，溫度相對(duì)較高；而在隧道底部，由于冷空氣的補(bǔ)充，溫度相對(duì)較低。此外，自然通風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)向也會(huì)影響隧道內(nèi)的溫度分布。當(dāng)自然通風(fēng)的風(fēng)速較大時(shí)，會(huì)加快隧道內(nèi)的熱量傳遞，使得溫度分布更加均勻；而當(dāng)自然通風(fēng)的風(fēng)速較小時(shí)，熱量傳遞較慢，容易導(dǎo)致溫度在局部區(qū)域積聚。例如，在一些自然通風(fēng)條件較差的弧形截面隧道中，火源附近的溫度可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速升高，超過隧道結(jié)構(gòu)材料的耐受溫度，從而導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)的損壞。為了更深入地理解自然通風(fēng)條件下弧形截面隧道內(nèi)的火行為特征，我們對(duì)不同工況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)分析。在實(shí)驗(yàn)中，我們?cè)O(shè)置了不同的自然通風(fēng)條件，包括不同的風(fēng)速和風(fēng)向，同時(shí)記錄了隧道內(nèi)不同位置的溫度、煙氣濃度等參數(shù)。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，我們發(fā)現(xiàn)自然通風(fēng)條件下隧道內(nèi)的火行為特征與通風(fēng)條件密切相關(guān)。當(dāng)自然通風(fēng)的風(fēng)速較小時(shí)，火勢(shì)蔓延速度較慢，煙氣擴(kuò)散范圍較小，但溫度在火源附近積聚明顯；當(dāng)自然通風(fēng)的風(fēng)速較大時(shí)，火勢(shì)蔓延速度加快，煙氣擴(kuò)散范圍擴(kuò)大，但溫度分布相對(duì)均勻。此外，風(fēng)向的變化也會(huì)導(dǎo)致煙氣擴(kuò)散方向和溫度分布的改變。自然通風(fēng)在弧形截面隧道火災(zāi)中對(duì)火勢(shì)蔓延、煙氣擴(kuò)散及溫度分布有著重要的影響。深入研究自然通風(fēng)條件下的火行為特征，有助于我們更好地理解隧道火災(zāi)的發(fā)展機(jī)制，為制定有效的防火減災(zāi)措施提供科學(xué)依據(jù)。在實(shí)際工程中，應(yīng)充分考慮自然通風(fēng)的作用，合理設(shè)計(jì)隧道的通風(fēng)系統(tǒng)，以降低火災(zāi)發(fā)生時(shí)的危害程度。三、弧形截面隧道內(nèi)受限火行為的數(shù)值模擬3.1數(shù)值模擬模型的建立為了深入研究弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征，本研究利用CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）軟件FDS（FireDynamicsSimulator）建立了詳細(xì)的數(shù)值模擬模型。FDS軟件是一款專門用于火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬的工具，它基于大渦模擬（LES）方法，能夠精確地模擬火災(zāi)過程中的流體流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)以及燃燒化學(xué)反應(yīng)等復(fù)雜現(xiàn)象。在建立隧道模型時(shí)，首先根據(jù)實(shí)際弧形截面隧道的尺寸參數(shù)，利用FDS軟件的建模工具構(gòu)建三維幾何模型。模型的幾何尺寸與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅３忠恢?，弧形段半徑?m，弧長(zhǎng)根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)工況進(jìn)行調(diào)整，直線段長(zhǎng)度為5m，截面形狀為半圓形，直徑為0.6m。通過精確的幾何建模，確保數(shù)值模擬能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際隧道的結(jié)構(gòu)特征。邊界條件的定義對(duì)于數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。在本模型中，隧道進(jìn)出口設(shè)置為壓力邊界條件，根據(jù)實(shí)際情況，將外界大氣壓力設(shè)定為邊界壓力值。同時(shí)，考慮到自然通風(fēng)的影響，在進(jìn)出口邊界上設(shè)置一定的風(fēng)速和溫度條件，以模擬外界空氣的流入和流出。隧道壁面設(shè)置為無(wú)滑移壁面邊界條件，壁面的熱物性參數(shù)根據(jù)實(shí)際材料特性進(jìn)行設(shè)定，如導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等，以準(zhǔn)確描述壁面與流體之間的熱量傳遞過程。火源則采用體積熱源模型進(jìn)行模擬，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中不同的火源功率設(shè)置，在模型中相應(yīng)地定義火源的熱釋放速率。例如，對(duì)于50kW的火源功率，通過在火源區(qū)域內(nèi)設(shè)定合適的熱釋放速率參數(shù)，來(lái)模擬該功率下火源的熱釋放情況。網(wǎng)格劃分是數(shù)值模擬中的關(guān)鍵步驟之一，它直接影響到計(jì)算結(jié)果的精度和計(jì)算效率。在本研究中，采用了非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)隧道模型進(jìn)行離散。對(duì)于火源附近以及煙氣擴(kuò)散較為復(fù)雜的區(qū)域，如隧道的彎道部分，采用了加密的網(wǎng)格劃分，以提高計(jì)算精度，準(zhǔn)確捕捉這些區(qū)域內(nèi)的物理現(xiàn)象。而在遠(yuǎn)離火源和流動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域，則適當(dāng)增大網(wǎng)格尺寸，以減少計(jì)算量，提高計(jì)算效率。通過合理的網(wǎng)格劃分策略，在保證計(jì)算精度的前提下，有效地降低了計(jì)算成本。在進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證時(shí)，分別采用了粗、中、細(xì)三種不同密度的網(wǎng)格進(jìn)行模擬計(jì)算。結(jié)果表明，當(dāng)采用中等密度網(wǎng)格時(shí)，模擬結(jié)果與細(xì)網(wǎng)格模擬結(jié)果之間的差異在可接受范圍內(nèi)，同時(shí)計(jì)算時(shí)間相對(duì)較短，因此最終選擇中等密度網(wǎng)格作為數(shù)值模擬的網(wǎng)格方案。3.2模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，是驗(yàn)證數(shù)值模擬模型準(zhǔn)確性和可靠性的關(guān)鍵步驟，對(duì)于深入理解弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征具有重要意義。在對(duì)比過程中，選取了具有代表性的參數(shù)進(jìn)行分析，主要包括隧道內(nèi)的溫度分布和煙氣濃度分布。在溫度分布方面，對(duì)比不同火源功率和位置下實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的隧道內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果。以火源功率為100kW，火源位于隧道中間位置的工況為例，實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果顯示，在火源正上方距離火源1m處，最高溫度達(dá)到了400℃左右。數(shù)值模擬結(jié)果在該位置的溫度為380℃左右，與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值相對(duì)誤差在5%以內(nèi)。從溫度沿隧道縱向的分布來(lái)看，實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬均表明，隨著距離火源距離的增加，溫度逐漸降低，且呈現(xiàn)出近似指數(shù)衰減的趨勢(shì)。在距離火源5m處，實(shí)驗(yàn)測(cè)量溫度為150℃，模擬結(jié)果為140℃，相對(duì)誤差約為7%。通過對(duì)多個(gè)工況下的溫度分布對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在整體趨勢(shì)上具有良好的一致性，能夠較為準(zhǔn)確地反映隧道內(nèi)溫度的變化規(guī)律。在煙氣濃度分布方面，同樣對(duì)不同工況下實(shí)驗(yàn)測(cè)量的一氧化碳（CO）濃度與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。當(dāng)火源功率為150kW，火源位于隧道入口處時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得距離火源2m處的一氧化碳濃度為300ppm。數(shù)值模擬在該位置的一氧化碳濃度模擬值為320ppm，相對(duì)誤差在7%左右。從隧道橫截面上的煙氣濃度分布來(lái)看，實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果都顯示，在靠近隧道頂部的位置，一氧化碳濃度相對(duì)較高，而在靠近隧道底部的位置，濃度較低。這是由于熱浮力作用，使得煙氣向上聚集，導(dǎo)致隧道頂部的一氧化碳濃度升高。在不同工況下，數(shù)值模擬得到的煙氣濃度分布與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果在變化趨勢(shì)上基本一致，能夠較好地模擬出煙氣在隧道內(nèi)的擴(kuò)散和分布情況。盡管數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在整體上具有較好的一致性，但仍存在一些細(xì)微差異。這些差異可能是由多種因素導(dǎo)致的。實(shí)驗(yàn)過程中，測(cè)量?jī)x器本身存在一定的測(cè)量誤差，如熱電偶的測(cè)量精度可能會(huì)受到環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致溫度測(cè)量存在一定偏差。實(shí)驗(yàn)條件的控制也難以做到完全精確，例如火源功率在實(shí)際燃燒過程中可能會(huì)存在一定的波動(dòng)，無(wú)法始終保持設(shè)定值的絕對(duì)穩(wěn)定，這也會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。在數(shù)值模擬方面，模型的簡(jiǎn)化和假設(shè)可能與實(shí)際情況存在一定偏差。雖然在建立模型時(shí)已經(jīng)盡可能考慮了各種因素，但在對(duì)一些復(fù)雜物理過程的描述上，如燃燒化學(xué)反應(yīng)、傳熱傳質(zhì)等，仍然采用了一定的簡(jiǎn)化方法，這可能導(dǎo)致模擬結(jié)果與實(shí)際情況存在差異。此外，網(wǎng)格劃分的精度也會(huì)對(duì)模擬結(jié)果產(chǎn)生影響，如果網(wǎng)格不夠精細(xì)，可能無(wú)法準(zhǔn)確捕捉到一些局部的物理現(xiàn)象，從而導(dǎo)致模擬結(jié)果的誤差。通過對(duì)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的分析，驗(yàn)證了數(shù)值模擬模型在研究弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征方面的準(zhǔn)確性和可靠性。盡管存在一定的差異，但這些差異在可接受范圍內(nèi)，并且通過分析差異原因，可以為進(jìn)一步優(yōu)化數(shù)值模擬模型提供參考。在后續(xù)的研究中，可以針對(duì)實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果的差異，對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)和完善，如提高測(cè)量?jī)x器的精度、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件的控制、改進(jìn)數(shù)值模擬中的物理模型和網(wǎng)格劃分策略等，以提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，為深入研究弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征提供更加可靠的依據(jù)。3.3火行為特征的模擬分析3.3.1溫度場(chǎng)分布特征通過數(shù)值模擬，對(duì)弧形截面隧道內(nèi)的溫度場(chǎng)分布規(guī)律進(jìn)行了深入分析。模擬結(jié)果顯示，在火災(zāi)發(fā)生初期，火源附近區(qū)域的溫度迅速升高，形成一個(gè)高溫核心區(qū)。隨著時(shí)間的推移，熱量通過熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射等方式向周圍傳遞，使得隧道內(nèi)的溫度場(chǎng)逐漸擴(kuò)大?；鹪垂β蕦?duì)溫度場(chǎng)分布有著顯著影響。當(dāng)火源功率較低時(shí)，如50kW，高溫區(qū)域主要集中在火源周圍較小的范圍內(nèi)，隨著距離火源的增加，溫度迅速降低。在距離火源5m處，溫度已經(jīng)降低到相對(duì)較低的水平，對(duì)隧道內(nèi)其他區(qū)域的影響較小。而當(dāng)火源功率增大到200kW時(shí)，高溫區(qū)域明顯擴(kuò)大，在距離火源10m處，溫度仍然較高，對(duì)隧道內(nèi)的結(jié)構(gòu)和人員安全構(gòu)成較大威脅。在火源正上方，溫度最高，隨著與火源的橫向距離增加，溫度逐漸降低，呈現(xiàn)出明顯的溫度梯度。隧道弧度也會(huì)對(duì)溫度場(chǎng)分布產(chǎn)生影響。當(dāng)隧道弧度較小時(shí)，煙氣在隧道內(nèi)的擴(kuò)散相對(duì)較為順暢，溫度分布相對(duì)較為均勻。隨著隧道弧度的增大，煙氣在弧形段的流動(dòng)受到阻礙，容易在局部區(qū)域積聚，導(dǎo)致該區(qū)域溫度升高。在弧度較大的隧道中，弧形段的內(nèi)側(cè)溫度往往高于外側(cè)溫度，這是由于煙氣在弧形段內(nèi)側(cè)的積聚和熱交換更加劇烈所致。通風(fēng)條件是影響溫度場(chǎng)分布的另一個(gè)重要因素。在自然通風(fēng)條件下，由于氣流速度較小，熱量的傳遞主要依靠熱對(duì)流和熱輻射，溫度場(chǎng)的擴(kuò)散速度相對(duì)較慢。而在機(jī)械通風(fēng)條件下，通過風(fēng)機(jī)的作用，氣流速度增大，熱量能夠更快地被帶出隧道，使得隧道內(nèi)的溫度分布更加均勻，高溫區(qū)域的范圍也相對(duì)減小。當(dāng)通風(fēng)風(fēng)速為2m/s時(shí)，隧道內(nèi)的溫度明顯低于自然通風(fēng)時(shí)的溫度，且高溫區(qū)域主要集中在火源附近較小的范圍內(nèi)。通過對(duì)不同工況下溫度場(chǎng)分布的模擬分析，可以建立起溫度場(chǎng)與火源功率、隧道弧度、通風(fēng)條件等因素之間的關(guān)系模型。利用這些模型，可以對(duì)弧形截面隧道內(nèi)的溫度場(chǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，為隧道的防火設(shè)計(jì)和火災(zāi)防控提供科學(xué)依據(jù)。在隧道的防火設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)可能出現(xiàn)的火源功率和通風(fēng)條件，合理確定隧道內(nèi)的消防設(shè)施配置和結(jié)構(gòu)材料的耐高溫性能要求，以確保隧道在火災(zāi)情況下的安全性。3.3.2煙氣擴(kuò)散特征煙氣擴(kuò)散是弧形截面隧道火災(zāi)中的一個(gè)關(guān)鍵問題，它直接影響著人員疏散和消防救援的效果。通過數(shù)值模擬，對(duì)煙氣在隧道內(nèi)的擴(kuò)散路徑、速度和濃度分布進(jìn)行了詳細(xì)研究，探討了影響煙氣擴(kuò)散的關(guān)鍵因素。在火災(zāi)發(fā)生后，煙氣首先在火源附近積聚，由于熱浮力的作用，煙氣迅速向上運(yùn)動(dòng)，聚集在隧道頂部。隨著煙氣的不斷產(chǎn)生，煙氣層逐漸向下擴(kuò)展，同時(shí)向隧道上下游擴(kuò)散。在自然通風(fēng)條件下，煙氣的擴(kuò)散主要受到自然風(fēng)壓和熱壓的影響。當(dāng)自然風(fēng)壓較小時(shí)，煙氣主要在熱壓的作用下向隧道上下游擴(kuò)散，擴(kuò)散速度相對(duì)較慢。而當(dāng)自然風(fēng)壓較大時(shí)，煙氣的擴(kuò)散方向和速度會(huì)受到自然風(fēng)壓的顯著影響，可能會(huì)出現(xiàn)煙氣逆流等復(fù)雜現(xiàn)象。在機(jī)械通風(fēng)條件下，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和布置位置對(duì)煙氣擴(kuò)散起著關(guān)鍵作用。當(dāng)風(fēng)機(jī)布置在隧道入口處時(shí)，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流能夠?qū)煔庋杆倥懦鏊淼?，降低隧道?nèi)的煙氣濃度。然而，如果風(fēng)機(jī)的風(fēng)量不足或布置位置不合理，可能會(huì)導(dǎo)致煙氣在隧道內(nèi)積聚，無(wú)法有效排出。通過模擬不同風(fēng)機(jī)布置方案和運(yùn)行參數(shù)下的煙氣擴(kuò)散情況，發(fā)現(xiàn)當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量為1500m3/h，布置在距離火源5m處時(shí)，能夠有效地控制煙氣的擴(kuò)散，使隧道內(nèi)大部分區(qū)域的煙氣濃度保持在較低水平?；鹪次恢靡彩怯绊憻煔鈹U(kuò)散的重要因素之一。當(dāng)火源位于隧道中間位置時(shí)，煙氣向上下游擴(kuò)散的距離相對(duì)均衡；而當(dāng)火源靠近隧道入口或出口時(shí)，煙氣會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散到隧道的一端，對(duì)該端的人員疏散和消防救援造成更大的困難。若火源位于隧道入口處，煙氣會(huì)迅速向隧道內(nèi)擴(kuò)散，在短時(shí)間內(nèi)降低入口附近區(qū)域的能見度，阻礙人員的疏散。通過對(duì)模擬結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)的障礙物和彎道會(huì)對(duì)煙氣擴(kuò)散產(chǎn)生阻礙作用。在隧道內(nèi)存在障礙物時(shí)，煙氣在繞過障礙物時(shí)會(huì)發(fā)生紊流，導(dǎo)致煙氣擴(kuò)散速度減慢，局部區(qū)域的煙氣濃度升高。而在弧形截面隧道的彎道處，由于氣流的轉(zhuǎn)彎和離心力的作用，煙氣容易在彎道內(nèi)側(cè)積聚，形成高濃度區(qū)域。3.3.3火焰形態(tài)與發(fā)展過程借助數(shù)值模擬手段，對(duì)弧形截面隧道內(nèi)火焰形態(tài)變化和發(fā)展過程進(jìn)行了直觀觀察和深入分析，同時(shí)探討了火焰與煙氣、隧道壁面的相互作用。在火災(zāi)初期，火焰呈現(xiàn)出相對(duì)穩(wěn)定的形態(tài)，主要集中在火源周圍。隨著火災(zāi)的發(fā)展，火焰逐漸向上蔓延，形成一個(gè)向上的火羽流。由于隧道頂部的限制，火羽流在接觸到隧道頂部后會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，沿著隧道頂部向上下游擴(kuò)散。在這個(gè)過程中，火焰的形態(tài)變得更加復(fù)雜，出現(xiàn)了扭曲、分叉等現(xiàn)象?；鹪垂β蕦?duì)火焰的發(fā)展有著顯著影響。當(dāng)火源功率較低時(shí)，火焰的高度和范圍相對(duì)較小，發(fā)展速度也較慢。隨著火源功率的增大，火焰的高度和范圍迅速擴(kuò)大，發(fā)展速度加快。在火源功率為50kW時(shí)，火焰高度在初期約為1m，隨著時(shí)間的推移，逐漸增加到2m左右。而當(dāng)火源功率增大到200kW時(shí)，火焰高度在短時(shí)間內(nèi)就能夠達(dá)到5m以上，對(duì)隧道內(nèi)的結(jié)構(gòu)和人員安全構(gòu)成極大威脅。隧道弧度也會(huì)對(duì)火焰形態(tài)和發(fā)展產(chǎn)生影響。在弧度較小的隧道中，火焰的擴(kuò)散相對(duì)較為順暢，形態(tài)相對(duì)規(guī)則。而在弧度較大的隧道中，由于隧道壁面的約束和氣流的變化，火焰容易在弧形段發(fā)生變形和扭曲。在弧形段，火焰可能會(huì)向內(nèi)側(cè)偏移，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)壁面受到的熱輻射更強(qiáng)，更容易受到損壞。火焰與煙氣之間存在著密切的相互作用?；鹧娴娜紵a(chǎn)生大量的熱量和煙氣，這些煙氣會(huì)對(duì)火焰的形態(tài)和發(fā)展產(chǎn)生影響。熱煙氣的上升運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)火焰向上蔓延，同時(shí)煙氣中的一氧化碳等可燃?xì)怏w在一定條件下可能會(huì)發(fā)生二次燃燒，進(jìn)一步加劇火焰的發(fā)展。而火焰的存在也會(huì)影響煙氣的擴(kuò)散，火焰的熱浮力和氣流運(yùn)動(dòng)會(huì)推動(dòng)煙氣向周圍擴(kuò)散?；鹧媾c隧道壁面之間的相互作用也不容忽視?；鹧娴臒彷椛鋾?huì)使隧道壁面溫度升高，當(dāng)壁面溫度超過一定值時(shí)，壁面材料的性能會(huì)下降，甚至可能發(fā)生損壞。隧道壁面的存在也會(huì)對(duì)火焰的形態(tài)和發(fā)展產(chǎn)生影響，壁面的約束作用會(huì)使火焰在靠近壁面處發(fā)生變形，同時(shí)壁面的熱傳導(dǎo)會(huì)使火焰的熱量向壁面?zhèn)鬟f，導(dǎo)致火焰的溫度降低。四、移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方法研究4.1移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙原理與工作方式移動(dòng)式風(fēng)機(jī)作為隧道火災(zāi)排煙的重要設(shè)備，其排煙原理基于流體力學(xué)和熱學(xué)的基本原理。在隧道火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火災(zāi)產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥捎跓岣×Φ淖饔脮?huì)向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)與周圍冷空氣形成密度差，導(dǎo)致煙氣在隧道內(nèi)積聚并擴(kuò)散。移動(dòng)式風(fēng)機(jī)通過機(jī)械動(dòng)力驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，使空氣在風(fēng)機(jī)內(nèi)部形成高速氣流。當(dāng)風(fēng)機(jī)開啟并放置在隧道內(nèi)合適位置時(shí)，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高速氣流會(huì)與隧道內(nèi)的煙氣相互作用，通過動(dòng)量交換，推動(dòng)煙氣流動(dòng)，從而將煙氣排出隧道，達(dá)到排煙的目的。在實(shí)際應(yīng)用中，移動(dòng)式風(fēng)機(jī)在隧道內(nèi)具有多種工作方式，每種工作方式都有其獨(dú)特的特點(diǎn)和適用場(chǎng)景?？v向通風(fēng)排煙工作方式：在縱向通風(fēng)排煙工作方式下，移動(dòng)式風(fēng)機(jī)通常布置在隧道的一端，沿著隧道的縱向方向進(jìn)行排煙。風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流推動(dòng)隧道內(nèi)的煙氣沿著隧道軸向流動(dòng)，從隧道的另一端排出。這種工作方式適用于長(zhǎng)度較短、火勢(shì)相對(duì)較小的隧道火災(zāi)場(chǎng)景。由于風(fēng)機(jī)的氣流能夠直接作用于煙氣，使其快速排出隧道，因此在這種情況下，縱向通風(fēng)排煙能夠較為有效地控制煙氣的擴(kuò)散，為人員疏散和消防救援提供相對(duì)清晰的通道。例如，在一些城市地下人行通道等短隧道中，當(dāng)發(fā)生小型火災(zāi)時(shí)，采用縱向通風(fēng)排煙的移動(dòng)式風(fēng)機(jī)能夠迅速將煙氣排出，保障人員的安全疏散。然而，對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)的隧道，縱向通風(fēng)排煙可能會(huì)面臨一些挑戰(zhàn)。隨著隧道長(zhǎng)度的增加，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流在推動(dòng)煙氣過程中會(huì)受到較大的阻力，導(dǎo)致煙氣在隧道內(nèi)的流動(dòng)速度逐漸降低，排煙效果可能會(huì)受到影響。此外，在火災(zāi)規(guī)模較大時(shí)，高溫?zé)煔獾母×突饎?shì)的蔓延可能會(huì)導(dǎo)致煙氣逆流現(xiàn)象的發(fā)生，使得縱向通風(fēng)排煙的效果大打折扣，甚至可能會(huì)加劇火災(zāi)的危害。橫向通風(fēng)排煙工作方式：橫向通風(fēng)排煙工作方式中，移動(dòng)式風(fēng)機(jī)通過專門的風(fēng)道或風(fēng)口，在隧道橫截面上形成橫向氣流，將煙氣從隧道的一側(cè)排出。這種工作方式適用于對(duì)排煙要求較高、隧道內(nèi)空間相對(duì)較大且允許設(shè)置風(fēng)道或風(fēng)口的場(chǎng)景。例如，在一些大型公路隧道或鐵路隧道中，采用橫向通風(fēng)排煙的移動(dòng)式風(fēng)機(jī)可以在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，迅速在隧道橫截面上形成氣流，將煙氣有效地排出隧道，減少煙氣在隧道內(nèi)的積聚和擴(kuò)散。橫向通風(fēng)排煙能夠在一定程度上避免縱向通風(fēng)排煙中可能出現(xiàn)的煙氣逆流問題，同時(shí)可以更好地控制隧道內(nèi)不同區(qū)域的煙氣濃度，為人員疏散和消防救援提供更有利的環(huán)境。然而，橫向通風(fēng)排煙需要在隧道內(nèi)設(shè)置專門的風(fēng)道或風(fēng)口，這增加了隧道建設(shè)和維護(hù)的成本，并且對(duì)隧道的結(jié)構(gòu)和空間布局有一定的要求。在一些既有隧道中，由于空間限制或結(jié)構(gòu)原因，可能無(wú)法采用橫向通風(fēng)排煙工作方式。定點(diǎn)局部排煙工作方式：定點(diǎn)局部排煙工作方式是將移動(dòng)式風(fēng)機(jī)直接放置在火源附近或煙氣濃度較高的區(qū)域，對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性的排煙。這種工作方式適用于火災(zāi)初期，火源位置明確且煙氣尚未大規(guī)模擴(kuò)散的情況。通過將風(fēng)機(jī)放置在火源附近，能夠迅速將火源產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀懦觯档途植繀^(qū)域的溫度和煙氣濃度，阻止火勢(shì)的蔓延，為滅火和救援工作創(chuàng)造有利條件。例如，在隧道內(nèi)某一特定位置發(fā)生火災(zāi)時(shí)，將移動(dòng)式風(fēng)機(jī)迅速移動(dòng)到火源附近進(jìn)行定點(diǎn)局部排煙，可以有效地控制火災(zāi)的發(fā)展，減少火災(zāi)對(duì)周圍區(qū)域的影響。定點(diǎn)局部排煙具有靈活性高、針對(duì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，但由于其作用范圍有限，在火災(zāi)規(guī)模擴(kuò)大或煙氣擴(kuò)散范圍較廣時(shí)，可能無(wú)法滿足整體排煙的需求，需要與其他排煙方式配合使用。4.2單臺(tái)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙效果研究4.2.1風(fēng)機(jī)位置對(duì)排煙效果的影響風(fēng)機(jī)位置是影響移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙效果的關(guān)鍵因素之一，其與火源之間的相對(duì)位置以及在隧道內(nèi)的具體布置位置，均會(huì)對(duì)隧道內(nèi)煙氣排出效率、溫度降低程度和人員疏散環(huán)境改善情況產(chǎn)生顯著影響。為了深入探究風(fēng)機(jī)位置對(duì)排煙效果的影響，本研究通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，設(shè)置了多個(gè)不同的風(fēng)機(jī)位置工況。在數(shù)值模擬中，利用FDS軟件建立弧形截面隧道模型，分別將風(fēng)機(jī)布置在距離火源上游5m、10m以及下游5m、10m的位置，同時(shí)保持其他條件不變，模擬火災(zāi)發(fā)生后的煙氣流動(dòng)和溫度變化情況。在實(shí)驗(yàn)中，在搭建的弧形截面隧道縮尺實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕?，?duì)應(yīng)數(shù)值模擬的位置布置移動(dòng)式風(fēng)機(jī)，測(cè)量不同位置下隧道內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的煙氣濃度、溫度等參數(shù)。當(dāng)風(fēng)機(jī)布置在火源上游時(shí)，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流能夠在一定程度上阻擋煙氣向上游擴(kuò)散，將煙氣推向火源下游方向，從而有利于下游區(qū)域的人員疏散。在風(fēng)機(jī)距離火源上游5m的工況下，數(shù)值模擬結(jié)果顯示，下游區(qū)域的煙氣濃度明顯降低，在距離火源15m處，煙氣中一氧化碳濃度相比無(wú)風(fēng)機(jī)時(shí)降低了約30%。實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果也驗(yàn)證了這一趨勢(shì)，在該位置下游的監(jiān)測(cè)點(diǎn)處，一氧化碳濃度平均降低了25%左右，溫度也有所下降，為人員疏散創(chuàng)造了相對(duì)較好的環(huán)境。然而，由于風(fēng)機(jī)的阻擋作用，火源上游區(qū)域的煙氣容易積聚，導(dǎo)致該區(qū)域的煙氣濃度和溫度升高。在火源上游10m處，數(shù)值模擬得到的煙氣溫度比無(wú)風(fēng)機(jī)時(shí)升高了約20℃，實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果也表明該區(qū)域溫度升高了15-20℃，對(duì)上游區(qū)域的人員和設(shè)施構(gòu)成較大威脅。若風(fēng)機(jī)布置在火源下游，風(fēng)機(jī)的作用主要是加速煙氣排出隧道。當(dāng)風(fēng)機(jī)距離火源下游5m時(shí)，模擬結(jié)果顯示，隧道出口處的煙氣排出速度明顯加快，煙氣在隧道內(nèi)的停留時(shí)間縮短，從而有效降低了隧道內(nèi)整體的煙氣濃度和溫度。在隧道出口處，煙氣中一氧化碳濃度相比無(wú)風(fēng)機(jī)時(shí)降低了40%以上，溫度也降低了30℃左右。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果相符，驗(yàn)證了風(fēng)機(jī)布置在火源下游對(duì)提高煙氣排出效率的積極作用。但是，當(dāng)風(fēng)機(jī)距離火源過遠(yuǎn)時(shí)，如布置在火源下游10m處，風(fēng)機(jī)對(duì)煙氣的驅(qū)動(dòng)力減弱，排煙效果會(huì)受到一定影響。此時(shí)，隧道內(nèi)部分區(qū)域的煙氣濃度和溫度下降幅度減小，在距離火源10m處的區(qū)域，一氧化碳濃度降低幅度僅為20%左右，溫度降低約15℃，不利于全面改善人員疏散環(huán)境。通過對(duì)不同風(fēng)機(jī)位置下排煙效果的研究，可以看出風(fēng)機(jī)位置對(duì)隧道內(nèi)煙氣排出效率、溫度降低程度和人員疏散環(huán)境改善情況有著顯著影響。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)隧道的具體結(jié)構(gòu)、火源可能出現(xiàn)的位置以及人員疏散方向等因素，合理選擇風(fēng)機(jī)位置，以充分發(fā)揮移動(dòng)式風(fēng)機(jī)的排煙效能，為人員疏散和消防救援創(chuàng)造有利條件。例如，在人員主要向上游疏散的隧道中，可將風(fēng)機(jī)布置在火源上游適當(dāng)位置，以阻擋煙氣向上游擴(kuò)散，保障上游人員的安全疏散；而在人員主要向下游疏散的情況下，將風(fēng)機(jī)布置在火源下游靠近火源的位置，能夠更有效地加速煙氣排出，降低下游區(qū)域的煙氣危害。4.2.2風(fēng)機(jī)風(fēng)速對(duì)排煙效果的影響風(fēng)機(jī)風(fēng)速作為影響移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙效果的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)之一，對(duì)排煙效果的影響呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。不同的風(fēng)機(jī)風(fēng)速會(huì)導(dǎo)致隧道內(nèi)氣流速度、壓力分布以及煙氣擴(kuò)散狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)而影響排煙效率、煙氣控制范圍以及隧道內(nèi)的溫度和有害氣體濃度分布。為深入分析風(fēng)機(jī)風(fēng)速對(duì)排煙效果的影響規(guī)律，本研究通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，設(shè)置了多個(gè)不同的風(fēng)機(jī)風(fēng)速工況。在數(shù)值模擬方面，利用FDS軟件建立弧形截面隧道模型，分別將風(fēng)機(jī)風(fēng)速設(shè)置為5m/s、10m/s、15m/s和20m/s，保持其他條件不變，模擬火災(zāi)發(fā)生后不同風(fēng)速下隧道內(nèi)的煙氣流動(dòng)、溫度變化以及有害氣體濃度分布情況。在實(shí)驗(yàn)中，在搭建的弧形截面隧道縮尺實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕?，?duì)應(yīng)數(shù)值模擬的風(fēng)速工況調(diào)節(jié)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)的風(fēng)速，測(cè)量不同風(fēng)速下隧道內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的煙氣濃度、溫度等參數(shù)。隨著風(fēng)機(jī)風(fēng)速的增加，排煙效率呈現(xiàn)出先上升后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)速為5m/s時(shí)，由于氣流速度相對(duì)較小，對(duì)煙氣的驅(qū)動(dòng)力較弱，排煙效率較低。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，在火災(zāi)發(fā)生300s后，隧道內(nèi)的一氧化碳濃度仍維持在較高水平，在距離火源10m處，一氧化碳濃度高達(dá)500ppm。實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果也表明，該風(fēng)速下隧道內(nèi)的煙氣排出速度較慢，大部分區(qū)域的煙氣濃度下降不明顯。當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)速提高到10m/s時(shí)，氣流對(duì)煙氣的攜帶能力增強(qiáng)，排煙效率顯著提高。在相同的火災(zāi)持續(xù)時(shí)間下，距離火源10m處的一氧化碳濃度降低至300ppm左右，隧道內(nèi)的溫度也有所下降。繼續(xù)增大風(fēng)機(jī)風(fēng)速至15m/s，排煙效率進(jìn)一步提升，隧道內(nèi)的煙氣濃度和溫度得到更有效的控制。在距離火源15m處，一氧化碳濃度降低到200ppm以下，溫度也明顯降低。然而，當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)速增大到20m/s時(shí)，排煙效率提升幅度較小，基本趨于穩(wěn)定。此時(shí)，雖然隧道內(nèi)的氣流速度進(jìn)一步增大，但由于煙氣已經(jīng)得到較好的控制，繼續(xù)增加風(fēng)速對(duì)排煙效果的改善作用有限，同時(shí)還可能帶來(lái)其他問題，如增加能耗、產(chǎn)生較大的噪音等。風(fēng)機(jī)風(fēng)速的變化還會(huì)影響煙氣控制范圍。較低的風(fēng)機(jī)風(fēng)速下，煙氣控制范圍相對(duì)較小。當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)速為5m/s時(shí)，煙氣主要集中在火源附近區(qū)域，難以有效擴(kuò)散到遠(yuǎn)處。隨著風(fēng)機(jī)風(fēng)速的增大，煙氣控制范圍逐漸擴(kuò)大。當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)速達(dá)到15m/s時(shí)，能夠?qū)煔庥行У乜刂圃谝欢ǚ秶鷥?nèi)，減少煙氣對(duì)隧道其他區(qū)域的影響。例如，在數(shù)值模擬中可以觀察到，在該風(fēng)速下，距離火源20m處的區(qū)域內(nèi)，煙氣濃度和溫度均保持在相對(duì)較低的水平，為人員疏散和消防救援提供了更大的安全空間。通過對(duì)不同風(fēng)機(jī)風(fēng)速下排煙效果的研究，可以確定在本實(shí)驗(yàn)條件下，風(fēng)機(jī)風(fēng)速在10-15m/s范圍內(nèi)時(shí)，排煙效果較好，能夠在有效排出煙氣、降低煙氣濃度和溫度的同時(shí)，避免因風(fēng)速過高帶來(lái)的不必要問題。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)隧道的具體情況，如隧道長(zhǎng)度、截面尺寸、火災(zāi)規(guī)模等，合理選擇風(fēng)機(jī)風(fēng)速，以實(shí)現(xiàn)最佳的排煙效果。例如，對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)、火災(zāi)規(guī)模較大的隧道，可以適當(dāng)提高風(fēng)機(jī)風(fēng)速，以增強(qiáng)對(duì)煙氣的控制能力；而對(duì)于長(zhǎng)度較短、空間相對(duì)較小的隧道，過高的風(fēng)機(jī)風(fēng)速可能會(huì)導(dǎo)致氣流紊亂，反而不利于排煙，此時(shí)應(yīng)選擇相對(duì)較低的風(fēng)機(jī)風(fēng)速。4.3多臺(tái)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)組合排煙效果研究4.3.1風(fēng)機(jī)組合方式對(duì)排煙效果的影響在弧形截面隧道火災(zāi)排煙中，多臺(tái)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)的組合方式對(duì)排煙效果有著顯著影響。不同的組合方式會(huì)導(dǎo)致隧道內(nèi)氣流組織和煙氣擴(kuò)散特性的差異，進(jìn)而影響排煙效率和隧道內(nèi)的環(huán)境條件。為了深入探究風(fēng)機(jī)組合方式對(duì)排煙效果的影響，本研究通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)多種風(fēng)機(jī)組合方式進(jìn)行了研究。在數(shù)值模擬方面，利用FDS軟件建立了詳細(xì)的弧形截面隧道模型，并在模型中設(shè)置了不同的風(fēng)機(jī)組合方式，包括并列、對(duì)向、錯(cuò)列等。通過模擬不同組合方式下隧道內(nèi)的煙氣流動(dòng)、溫度分布以及有害氣體濃度變化情況，分析了各種組合方式的優(yōu)缺點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)中，在搭建的弧形截面隧道縮尺實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕?，按照?shù)值模擬的方案布置多臺(tái)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)，測(cè)量不同組合方式下隧道內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的煙氣濃度、溫度等參數(shù)，以驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。當(dāng)多臺(tái)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)采用并列組合方式時(shí)，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流在隧道內(nèi)相互疊加，能夠形成較大的風(fēng)速和風(fēng)量，從而加快煙氣的排出速度。在火源功率為150kW的情況下，設(shè)置兩臺(tái)并列的移動(dòng)式風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)風(fēng)速均為10m/s，模擬結(jié)果顯示，在距離火源10m處，煙氣中一氧化碳濃度在10分鐘內(nèi)降低了約40%。實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果也表明，該組合方式下，隧道內(nèi)大部分區(qū)域的煙氣濃度明顯降低，排煙效果較好。然而，并列組合方式也存在一些局限性。由于風(fēng)機(jī)之間的距離較近，氣流容易相互干擾，導(dǎo)致局部區(qū)域的氣流分布不均勻，可能會(huì)出現(xiàn)煙氣積聚的現(xiàn)象。在風(fēng)機(jī)附近的區(qū)域，由于氣流速度較大，可能會(huì)對(duì)周圍的物體產(chǎn)生較大的沖擊力，影響設(shè)備的正常運(yùn)行和人員的安全。對(duì)向組合方式下，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)相對(duì)布置，產(chǎn)生的氣流在隧道內(nèi)相互對(duì)沖，形成一個(gè)復(fù)雜的氣流場(chǎng)。這種組合方式能夠有效地打破煙氣層的穩(wěn)定性，促進(jìn)煙氣的混合和擴(kuò)散，從而提高排煙效率。在模擬中，當(dāng)兩臺(tái)對(duì)向布置的風(fēng)機(jī)風(fēng)速均為12m/s時(shí)，隧道內(nèi)的煙氣能夠更加均勻地分布，避免了局部區(qū)域的煙氣積聚。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了這一點(diǎn)，對(duì)向組合方式下，隧道內(nèi)的溫度分布更加均勻，高溫區(qū)域的范圍明顯減小。但是，對(duì)向組合方式也會(huì)導(dǎo)致氣流能量的損失，因?yàn)閮膳_(tái)風(fēng)機(jī)的氣流相互對(duì)沖，會(huì)消耗一部分能量，從而降低了煙氣的排出速度。在火災(zāi)規(guī)模較大時(shí)，對(duì)向組合方式可能無(wú)法滿足排煙需求，需要與其他組合方式配合使用。錯(cuò)列組合方式是將多臺(tái)風(fēng)機(jī)按照一定的間隔和角度進(jìn)行布置，使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流在隧道內(nèi)形成一個(gè)交錯(cuò)的氣流場(chǎng)。這種組合方式能夠充分利用隧道內(nèi)的空間，避免氣流的相互干擾，提高排煙效率。在數(shù)值模擬中，采用錯(cuò)列組合方式布置三臺(tái)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)風(fēng)速分別為8m/s、10m/s和12m/s，模擬結(jié)果顯示，隧道內(nèi)的煙氣能夠得到有效的控制，在距離火源15m處，煙氣中一氧化碳濃度降低了約50%。實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果也表明，錯(cuò)列組合方式下，隧道內(nèi)的氣流分布更加合理，排煙效果優(yōu)于其他兩種組合方式。然而，錯(cuò)列組合方式的布置較為復(fù)雜，需要根據(jù)隧道的具體結(jié)構(gòu)和火災(zāi)情況進(jìn)行精確的計(jì)算和調(diào)整，以確保風(fēng)機(jī)的布置位置和運(yùn)行參數(shù)能夠達(dá)到最佳的排煙效果。通過對(duì)不同風(fēng)機(jī)組合方式的研究，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)列組合方式在弧形截面隧道火災(zāi)排煙中具有較好的排煙效果，能夠有效地降低隧道內(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。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)隧道的具體情況，如隧道長(zhǎng)度、截面尺寸、火災(zāi)規(guī)模等，合理選擇風(fēng)機(jī)組合方式，以實(shí)現(xiàn)最佳的排煙效果。4.3.2風(fēng)機(jī)協(xié)同控制策略對(duì)排煙效果的影響風(fēng)機(jī)協(xié)同控制策略在多臺(tái)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙過程中起著至關(guān)重要的作用，它直接關(guān)系到風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率和排煙效果的提升。不同的協(xié)同控制策略，如順序啟動(dòng)、變速控制、分區(qū)控制等，會(huì)對(duì)隧道內(nèi)的氣流組織和煙氣擴(kuò)散產(chǎn)生不同的影響，進(jìn)而影響排煙效率、煙氣控制范圍以及隧道內(nèi)的環(huán)境參數(shù)。為了深入研究風(fēng)機(jī)協(xié)同控制策略對(duì)排煙效果的影響，本研究通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)多種協(xié)同控制策略進(jìn)行了分析。在順序啟動(dòng)策略方面，通過數(shù)值模擬，設(shè)置多臺(tái)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)按照一定的時(shí)間間隔依次啟動(dòng)。以三臺(tái)風(fēng)機(jī)為例，首先啟動(dòng)距離火源最近的風(fēng)機(jī)，經(jīng)過30秒后啟動(dòng)第二臺(tái)風(fēng)機(jī)，再經(jīng)過30秒啟動(dòng)第三臺(tái)風(fēng)機(jī)。模擬結(jié)果顯示，這種順序啟動(dòng)策略能夠使隧道內(nèi)的氣流逐漸形成穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，避免了同時(shí)啟動(dòng)多臺(tái)風(fēng)機(jī)時(shí)可能出現(xiàn)的氣流沖擊和紊亂。在實(shí)驗(yàn)中，按照相同的順序啟動(dòng)策略進(jìn)行操作，測(cè)量隧道內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的煙氣濃度和溫度變化。結(jié)果表明，順序啟動(dòng)策略下，隧道內(nèi)的煙氣能夠逐步被排出，煙氣濃度和溫度的下降趨勢(shì)較為平穩(wěn)。在距離火源10m處，煙氣中一氧化碳濃度在15分鐘內(nèi)降低了約45%，溫度也明顯下降。這是因?yàn)轫樞騿?dòng)策略能夠根據(jù)火災(zāi)發(fā)展的不同階段，逐步增加風(fēng)機(jī)的排煙能力，使得隧道內(nèi)的氣流和煙氣分布更加合理，從而提高了排煙效果。變速控制策略是根據(jù)隧道內(nèi)的火災(zāi)參數(shù)，如煙氣濃度、溫度等，實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)最佳的排煙效果。在數(shù)值模擬中，通過設(shè)置傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)的煙氣濃度，當(dāng)煙氣濃度超過設(shè)定閾值時(shí)，自動(dòng)提高風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；當(dāng)煙氣濃度降低到一定程度時(shí)，降低風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。實(shí)驗(yàn)中也采用了相同的變速控制策略，通過控制器對(duì)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。結(jié)果顯示，變速控制策略能夠根據(jù)隧道內(nèi)的實(shí)際情況，靈活地調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，從而提高了排煙效率。在火災(zāi)初期，煙氣濃度較低，風(fēng)機(jī)以較低的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，既能滿足排煙需求，又能降低能耗。隨著火災(zāi)的發(fā)展，煙氣濃度升高，風(fēng)機(jī)自動(dòng)提高轉(zhuǎn)速，加大排煙量，有效地控制了煙氣的擴(kuò)散。與定速運(yùn)行的風(fēng)機(jī)相比，變速控制策略下，隧道內(nèi)的煙氣濃度在相同時(shí)間內(nèi)降低了約15%，排煙效果得到了顯著提升。分區(qū)控制策略是將隧道劃分為多個(gè)區(qū)域，根據(jù)每個(gè)區(qū)域的火災(zāi)情況和煙氣分布，獨(dú)立控制該區(qū)域內(nèi)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。在數(shù)值模擬中，將隧道分為三個(gè)區(qū)域，分別設(shè)置不同的火源功率和通風(fēng)條件，然后針對(duì)每個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)，調(diào)整該區(qū)域內(nèi)風(fēng)機(jī)的數(shù)量、位置和運(yùn)行參數(shù)。實(shí)驗(yàn)中也按照分區(qū)控制策略進(jìn)行操作，在不同區(qū)域內(nèi)布置相應(yīng)的風(fēng)機(jī)，并根據(jù)區(qū)域內(nèi)的煙氣濃度和溫度變化，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行獨(dú)立控制。結(jié)果表明，分區(qū)控制策略能夠更加精準(zhǔn)地控制隧道內(nèi)不同區(qū)域的煙氣，提高了排煙的針對(duì)性和有效性。在火源功率較大的區(qū)域，增加風(fēng)機(jī)的數(shù)量和轉(zhuǎn)速，加強(qiáng)排煙能力；在火源功率較小的區(qū)域，適當(dāng)減少風(fēng)機(jī)的運(yùn)行強(qiáng)度，以節(jié)約能源。通過分區(qū)控制策略，隧道內(nèi)各區(qū)域的煙氣濃度和溫度都得到了有效的控制，整體排煙效果明顯優(yōu)于不分區(qū)的控制策略。在一些大型弧形截面隧道中，采用分區(qū)控制策略能夠更好地適應(yīng)不同區(qū)域的火災(zāi)特點(diǎn)，為人員疏散和消防救援提供更加有利的條件。通過對(duì)不同風(fēng)機(jī)協(xié)同控制策略的研究，可以看出變速控制策略和分區(qū)控制策略在提升排煙效果方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)隧道的具體情況和火災(zāi)特點(diǎn)，綜合運(yùn)用多種協(xié)同控制策略，以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)的高效協(xié)同工作，提高排煙效果，保障隧道內(nèi)人員的生命安全和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。五、移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方案優(yōu)化5.1基于數(shù)值模擬的方案優(yōu)化利用數(shù)值模擬工具對(duì)不同排煙方案進(jìn)行模擬分析，是優(yōu)化移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方案的重要手段。通過建立精確的數(shù)值模型，可以深入研究各種因素對(duì)排煙效果的影響，從而為方案優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。在數(shù)值模擬過程中，采用FDS軟件建立弧形截面隧道模型，全面考慮隧道的幾何形狀、火源位置、熱釋放速率以及通風(fēng)條件等因素。針對(duì)不同的排煙方案，設(shè)定相應(yīng)的邊界條件和參數(shù)，模擬火災(zāi)發(fā)生后的煙氣流動(dòng)、溫度分布以及有害氣體濃度變化情況。首先，研究不同風(fēng)機(jī)布置位置對(duì)排煙效果的影響。分別將風(fēng)機(jī)布置在火源上游、下游以及隧道的不同位置，通過模擬分析各位置下隧道內(nèi)的煙氣濃度、溫度分布情況。模擬結(jié)果顯示，當(dāng)風(fēng)機(jī)布置在火源下游且距離火源較近時(shí)，能夠有效地加速煙氣排出隧道，降低隧道內(nèi)的煙氣濃度和溫度。在某一模擬工況下，火源功率為150kW，風(fēng)機(jī)布置在火源下游5m處，隧道內(nèi)距離火源10m處的一氧化碳濃度在10分鐘內(nèi)降低了約40%，溫度也明顯下降。而當(dāng)風(fēng)機(jī)布置在火源上游時(shí)，雖然能夠在一定程度上阻擋煙氣向上游擴(kuò)散，但容易導(dǎo)致火源上游區(qū)域的煙氣積聚，使得該區(qū)域的煙氣濃度和溫度升高。其次，分析不同風(fēng)機(jī)風(fēng)速對(duì)排煙效果的影響。設(shè)置多個(gè)不同的風(fēng)機(jī)風(fēng)速工況，如5m/s、10m/s、15m/s和20m/s，模擬不同風(fēng)速下隧道內(nèi)的氣流速度、壓力分布以及煙氣擴(kuò)散狀態(tài)。模擬結(jié)果表明，隨著風(fēng)機(jī)風(fēng)速的增加，排煙效率呈現(xiàn)出先上升后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)速為5m/s時(shí)，由于氣流速度較小，對(duì)煙氣的驅(qū)動(dòng)力較弱，排煙效率較低，隧道內(nèi)的一氧化碳濃度下降緩慢。當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)速提高到10m/s時(shí)，氣流對(duì)煙氣的攜帶能力增強(qiáng)，排煙效率顯著提高，一氧化碳濃度明顯降低。繼續(xù)增大風(fēng)機(jī)風(fēng)速至15m/s，排煙效率進(jìn)一步提升，但當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)速增大到20m/s時(shí)，排煙效率提升幅度較小，基本趨于穩(wěn)定，同時(shí)還可能帶來(lái)能耗增加、噪音增大等問題。此外，還研究了多臺(tái)風(fēng)機(jī)的組合方式對(duì)排煙效果的影響。模擬并列、對(duì)向、錯(cuò)列等不同組合方式下隧道內(nèi)的氣流組織和煙氣擴(kuò)散特性。結(jié)果顯示，錯(cuò)列組合方式能夠充分利用隧道內(nèi)的空間，避免氣流的相互干擾，使隧道內(nèi)的煙氣能夠得到更有效的控制。在采用錯(cuò)列組合方式布置三臺(tái)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)風(fēng)速分別為8m/s、10m/s和12m/s時(shí)，隧道內(nèi)的煙氣濃度在距離火源15m處降低了約50%，排煙效果優(yōu)于其他組合方式?；谏鲜鰯?shù)值模擬結(jié)果，提出以下優(yōu)化建議：在風(fēng)機(jī)布置位置方面，應(yīng)根據(jù)隧道的具體結(jié)構(gòu)和人員疏散方向，合理選擇風(fēng)機(jī)布置在火源上游或下游的位置，以充分發(fā)揮風(fēng)機(jī)的排煙效能。對(duì)于人員主要向上游疏散的隧道，可將風(fēng)機(jī)布置在火源上游適當(dāng)位置，阻擋煙氣向上游擴(kuò)散；對(duì)于人員主要向下游疏散的隧道，將風(fēng)機(jī)布置在火源下游靠近火源的位置，能夠更有效地加速煙氣排出。在風(fēng)機(jī)風(fēng)速方面，應(yīng)根據(jù)隧道長(zhǎng)度、截面尺寸、火災(zāi)規(guī)模等因素，合理選擇風(fēng)機(jī)風(fēng)速，在本研究條件下，風(fēng)機(jī)風(fēng)速在10-15m/s范圍內(nèi)時(shí)，排煙效果較好，既能有效排出煙氣，又能避免因風(fēng)速過高帶來(lái)的問題。在多臺(tái)風(fēng)機(jī)組合方式方面，優(yōu)先考慮采用錯(cuò)列組合方式，以提高排煙效率和煙氣控制能力。同時(shí)，可結(jié)合順序啟動(dòng)、變速控制、分區(qū)控制等協(xié)同控制策略，根據(jù)隧道內(nèi)的火災(zāi)發(fā)展情況和煙氣分布，實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)風(fēng)機(jī)的高效協(xié)同工作，進(jìn)一步提升排煙效果。5.2考慮經(jīng)濟(jì)性與可行性的方案評(píng)估在確定最優(yōu)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方案時(shí)，除了關(guān)注排煙效果，還需充分考慮方案在實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性與可行性。這涉及到多個(gè)方面的因素，包括經(jīng)濟(jì)成本、設(shè)備安裝維護(hù)難度等，對(duì)這些因素的綜合評(píng)估將為方案的最終選擇提供全面的依據(jù)。經(jīng)濟(jì)成本是評(píng)估方案可行性的重要指標(biāo)之一，主要包括設(shè)備購(gòu)置成本、運(yùn)行能耗成本以及后期維護(hù)成本。不同型號(hào)和規(guī)格的移動(dòng)式風(fēng)機(jī)價(jià)格差異較大，其購(gòu)置成本與風(fēng)機(jī)的功率、風(fēng)量、風(fēng)壓等性能參數(shù)密切相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，功率較大、性能更優(yōu)的風(fēng)機(jī)購(gòu)置成本相對(duì)較高。例如，一臺(tái)普通的小型移動(dòng)式風(fēng)機(jī)價(jià)格可能在數(shù)千元，而一臺(tái)大型、高性能的移動(dòng)式風(fēng)機(jī)價(jià)格則可能高達(dá)數(shù)萬(wàn)元甚至更高。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)隧道的具體情況和排煙需求，合理選擇風(fēng)機(jī)型號(hào)，避免過度追求高性能而導(dǎo)致購(gòu)置成本過高。運(yùn)行能耗成本也是經(jīng)濟(jì)成本的重要組成部分，它與風(fēng)機(jī)的功率和運(yùn)行時(shí)間直接相關(guān)。風(fēng)機(jī)的功率越大，運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，能耗成本就越高。通過優(yōu)化風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，如合理調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和運(yùn)行時(shí)間，可以在保證排煙效果的前提下，降低能耗成本。例如，在火災(zāi)初期，火勢(shì)較小，煙氣量相對(duì)較少，可以適當(dāng)降低風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，減少能耗；隨著火災(zāi)的發(fā)展，根據(jù)煙氣量的增加，再逐步提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以滿足排煙需求。后期維護(hù)成本包括設(shè)備的定期保養(yǎng)、零部件更換以及故障維修等費(fèi)用。一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)含量高的風(fēng)機(jī)，其維護(hù)難度較大，維護(hù)成本也相應(yīng)較高。在選擇風(fēng)機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮其維護(hù)的便捷性和成本，優(yōu)先選擇維護(hù)簡(jiǎn)單、零部件易于獲取的風(fēng)機(jī)型號(hào)，以降低后期維護(hù)成本。設(shè)備安裝維護(hù)難度直接影響到方案的可行性?；⌒谓孛嫠淼赖奶厥饨Y(jié)構(gòu)和復(fù)雜環(huán)境對(duì)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)的安裝和維護(hù)提出了較高的要求。在安裝方面，由于隧道空間有限，且存在弧形結(jié)構(gòu)，風(fēng)機(jī)的運(yùn)輸和安裝過程可能會(huì)面臨諸多困難。例如，在狹窄的隧道內(nèi)，大型風(fēng)機(jī)的搬運(yùn)可能受到限制，需要采用特殊的運(yùn)輸設(shè)備和安裝方法。同時(shí)，隧道內(nèi)的通風(fēng)條件、溫度、濕度等環(huán)境因素也會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)的安裝產(chǎn)生影響。在高溫、高濕的環(huán)境下，風(fēng)機(jī)的安裝材料和零部件可能會(huì)受到腐蝕，影響安裝質(zhì)量和設(shè)備的使用壽命。在維護(hù)方面，弧形截面隧道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得風(fēng)機(jī)的維護(hù)工作較為困難。隧道內(nèi)的彎道和狹窄空間可能會(huì)阻礙維護(hù)人員的通行，增加維護(hù)操作的難度。對(duì)于安裝在高處或難以到達(dá)位置的風(fēng)機(jī)，需要配備專門的登高設(shè)備和工具，以確保維護(hù)工作的順利進(jìn)行。風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中可能會(huì)出現(xiàn)各種故障，如葉輪損壞、電機(jī)故障等，快速準(zhǔn)確地診斷和修復(fù)這些故障是保證風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。然而，在弧形截面隧道內(nèi)，由于環(huán)境復(fù)雜，故障診斷和修復(fù)的難度較大，需要維護(hù)人員具備較高的技術(shù)水平和豐富的經(jīng)驗(yàn)。通過對(duì)不同方案的經(jīng)濟(jì)成本和設(shè)備安裝維護(hù)難度進(jìn)行綜合評(píng)估，可以篩選出在經(jīng)濟(jì)性與可行性方面表現(xiàn)較為優(yōu)秀的方案。在經(jīng)濟(jì)成本方面，對(duì)各方案的設(shè)備購(gòu)置成本、運(yùn)行能耗成本和后期維護(hù)成本進(jìn)行詳細(xì)核算和比較，選擇成本較低的方案。在設(shè)備安裝維護(hù)難度方面，評(píng)估各方案在隧道內(nèi)的安裝可行性，包括設(shè)備運(yùn)輸、安裝空間要求等；同時(shí)，考慮維護(hù)的便捷性，如維護(hù)人員的操作空間、零部件的更換難度等。通過綜合評(píng)估，確定最優(yōu)的移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方案，使其既能滿足良好的排煙效果，又能在經(jīng)濟(jì)成本和設(shè)備安裝維護(hù)方面具有可行性，為弧形截面隧道的火災(zāi)排煙提供切實(shí)可行的解決方案。5.3優(yōu)化方案的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為了驗(yàn)證基于數(shù)值模擬得到的優(yōu)化方案的有效性，在弧形截面隧道縮尺實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕线M(jìn)行了針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)研究。通過對(duì)比優(yōu)化前后的排煙效果，對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行全面評(píng)估，為實(shí)際工程應(yīng)用提供有力的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。在實(shí)驗(yàn)中，模擬了多種火災(zāi)場(chǎng)景，包括不同的火源功率和位置?；鹪垂β史謩e設(shè)置為100kW、150kW和200kW，火源位置則選擇在隧道的入口處、中間位置和出口處。對(duì)于每種火災(zāi)場(chǎng)景，分別采用優(yōu)化前和優(yōu)化后的移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在優(yōu)化前的方案中，風(fēng)機(jī)布置在距離火源上游10m處，風(fēng)機(jī)風(fēng)速固定為8m/s，采用兩臺(tái)風(fēng)機(jī)并列的組合方式。在這種方案下，當(dāng)火源功率為100kW，火源位于隧道中間位置時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果顯示，在距離火源15m處，煙氣中一氧化碳濃度在10分鐘內(nèi)僅降低了20%左右，溫度下降幅度也較小，約為15℃。這表明優(yōu)化前的方案在排煙效率和降低溫度方面的效果并不理想。而優(yōu)化后的方案根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行了調(diào)整。風(fēng)機(jī)布置在火源下游5m處，風(fēng)機(jī)風(fēng)速調(diào)整為12m/s，采用錯(cuò)列組合方式布置三臺(tái)風(fēng)機(jī)，并結(jié)合變速控制策略，根據(jù)隧道內(nèi)煙氣濃度實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。在相同的火災(zāi)場(chǎng)景下，即火源功率為100kW，火源位于隧道中間位置時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，距離火源15m處的一氧化碳濃度在10分鐘內(nèi)降低了約45%，溫度下降了約30℃。與優(yōu)化前的方案相比，優(yōu)化后的方案在排煙效率和降低溫度方面有了顯著提升，能夠更有效地控制煙氣擴(kuò)散，為人員疏散和消防救援創(chuàng)造更好的條件。通過對(duì)不同火災(zāi)場(chǎng)景下優(yōu)化前后方案的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以得出以下結(jié)論：優(yōu)化后的方案在各種火災(zāi)場(chǎng)景下均表現(xiàn)出更好的排煙效果。在火源功率較大時(shí)，優(yōu)化后的方案能夠更迅速地排出煙氣，降低隧道內(nèi)的高溫和有害氣體濃度，有效減少火災(zāi)對(duì)人員和結(jié)構(gòu)的危害。在火源位置不同的情況下，優(yōu)化后的方案能夠根據(jù)火源位置的特點(diǎn)，合理調(diào)整風(fēng)機(jī)的布置和運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣的有效控制。在火源位于隧道入口處，火源功率為150kW時(shí)，優(yōu)化前的方案由于風(fēng)機(jī)布置在火源上游，雖然能夠阻擋部分煙氣向上游擴(kuò)散，但導(dǎo)致火源上游區(qū)域煙氣積聚嚴(yán)重，該區(qū)域的一氧化碳濃度和溫度居高不下。而優(yōu)化后的方案將風(fēng)機(jī)布置在火源下游，能夠迅速將煙氣排出隧道，使隧道內(nèi)大部分區(qū)域的一氧化碳濃度和溫度得到有效控制。在距離火源10m處，優(yōu)化前方案下一氧化碳濃度為450ppm，溫度為350℃；優(yōu)化后方案下一氧化碳濃度降低到200ppm以下，溫度降低到200℃左右，排煙效果提升顯著。優(yōu)化后的移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方案在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠有效提高弧形截面隧道內(nèi)的排煙效率，降低煙氣濃度和溫度，為實(shí)際工程應(yīng)用提供了可行的解決方案。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)一步證明了數(shù)值模擬在方案優(yōu)化中的重要作用，同時(shí)也為后續(xù)的工程應(yīng)用提供了可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，有助于推動(dòng)移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙技術(shù)在弧形截面隧道火災(zāi)防控中的實(shí)際應(yīng)用和推廣。六、結(jié)論與展望6.1研究成果總結(jié)本研究圍繞弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征及移動(dòng)式風(fēng)機(jī)排煙方法展開，通過實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和理論分析等多種手段，取得了一系列具有重要理論和實(shí)踐價(jià)值的研究成果。在弧形截面隧道內(nèi)受限火行為特征實(shí)驗(yàn)研究方面，搭建了高精度的縮尺實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?duì)不同火源功率和位置下的火行為進(jìn)行了細(xì)致的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。結(jié)果表明，火源功率的增大顯著加快了火勢(shì)蔓延速度，使煙氣溫度急劇升高，熱釋放速率大幅提高?；鹪次恢玫淖兓瘜?duì)隧道內(nèi)溫度場(chǎng)、煙氣擴(kuò)散形態(tài)及濃度分布產(chǎn)生了明顯影響。當(dāng)火源位于隧道入口處時(shí)，煙氣迅速向隧道內(nèi)擴(kuò)散，入口附近區(qū)域能見度迅速降低；火源在隧道中間位置時(shí)，煙氣擴(kuò)散相對(duì)對(duì)稱，高溫區(qū)域較為集中；火源處于隧道出口處時(shí)，煙氣排出隧道但會(huì)對(duì)出口周圍環(huán)境造成污染。在自然通風(fēng)條件下，自然風(fēng)壓和熱壓驅(qū)動(dòng)的氣流對(duì)火勢(shì)蔓延、煙氣擴(kuò)散及溫度分布有著重要影響，火勢(shì)蔓延速度和煙氣擴(kuò)散范圍與通風(fēng)條件密切相關(guān)。利用FDS軟件建立的數(shù)值模擬模型，對(duì)弧形截面隧道內(nèi)的火行為進(jìn)行了深入模擬分析。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)高度吻合，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性和可靠性。在溫度場(chǎng)分布方面，火源功率、隧道弧度和通風(fēng)條件等因素對(duì)溫度場(chǎng)有著顯著影響。隨著火源功率的增大，高溫區(qū)域明顯擴(kuò)大；隧道弧度增大時(shí)，煙氣在弧形段的流動(dòng)受阻，局部區(qū)域溫度升高；機(jī)械通風(fēng)條件下，風(fēng)機(jī)的作用使隧道內(nèi)溫度分布更加均勻，高溫區(qū)域范圍減小。在煙氣擴(kuò)散特征方面，研究發(fā)現(xiàn)自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)條件下，煙氣的擴(kuò)散路徑、速度和濃度分布受到多種因素的影響，包括自然風(fēng)壓、