1、ZHANG Q，CHENT，LXZMathematicalmodeling of building intelligent evacuation systemJ Fire Science and Technology，2011，30(6):500 504.19 刘世松，马鸿雁，焦宇阳 高层建筑火灾情况下人员疏散研究 J 消防科学与技术，2019，38(6):794798.LIU S S，MA H Y，JIAO Y Y Study on personnelevacuation from high-rise building in fireJ FireScience and Technology，
2、2019，38(6):794 798.20 HULEY M JSFPE Handbook of fire protectionengineering M Berlin:Springer，2016.Simulation study on the law of firesmoke propagation under thestack effectZHANG Yu-tao，CHE Bo，ZHANG Yu-jie(College of Safety Science and Engineering，Xian University ofScience and Technology，Xian 710054，
3、China)Abstract:In order to study the law of smoke propagation causedby stackeffectinhigh-risebuildings，thesmokespreadcharacteristics of four different cross-section dimensions(CSD)of vertical shaft in a high-rise building were compared andanalyzed based on FDS Aspect ratio of the shaft was introduce
4、dto judge whether the stack effect phenomenon was obvious or notThe laws of smoke longitudinal spread time and smoke velocity inshaft were obtained A shaft with aspect ratio of 11.8 is selectedto study the generation characteristics of the stack effect and itsinfluence on the distribution of smoke T
5、he temperature，COvolume fraction and visibility changes of the floors above theneutral planeofthebuildingwereanalyzedSimulationsillustrated that in the case of 8 MW fire on the first floor of thebuilding，when aspect ratio is around 8，the smoke velocity inthe shaft has a sudden change，and the smoke v
6、elocity in mostareas of the shaft reaches 6 m/s，resulting in an obvious stackeffect;the smoke hazards of floors above the neutral plane aremuch greater than those below the neutral plane under stackeffect The horizontal spread speed of smoke above the buildingneutral plane accelerates with the incre
7、ase of floor height As thefire situation develops，the temperature of the evacuation corridorabove the neutral-plane all exceeds the critical temperature of thesafe evacuation by 60 The further away from the fire，thefaster the CO volume fraction reaches the critical value Thechange of visibility decr
8、eases sharply The time to reach thecritical visibility at the shaft mouth of each floor is similar，andthe time to reach the critical visibility at the end of the walkwaydecreases gradually with the increase of building heightKey words:safety engineering;numerical simulation;verticalshaft;stack effec
9、t;spread of smoke文章编号:1009-6094(2023)03-0748-08水下隧道排烟阀尺寸对侧向排烟系统烟气蔓延特性影响*梁园1，刘邱林2，徐志胜2，谢宝超2(1 中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600;2 中南大学防灾科学安全技术研究所，长沙 410075)摘要:为探究水下隧道侧向排烟阀尺寸对烟气蔓延特性的影响，依托苏震桃高速公路太湖隧道工程，采用理论分析与FDS 数值模拟等方法，对水下隧道侧向排烟系统烟气蔓延特性展开分析。结果表明:随着排烟量的增加，侧向排烟阀变得越狭长，烟气控制效果越好，侧向排烟系统的排烟效率越高;随着排烟量的增大，每个排烟阀处的局部阻力
10、损失有明显增加;并且随着排烟阀变得越来越狭长，排烟阀处局部阻力损失越小，最大能降低原有损失的 15.6%。提出了排烟阀局部阻力与无量纲排烟量与无量纲排烟阀尺寸之间的拟合关系式。结合排烟效率分析结果，建议排烟阀尺寸(宽 高)选取 4 m 1.5 m。关键词:安全工程;隧道火灾;排烟阀尺寸;排烟效率;烟气层;局部阻力中图分类号:X932文献标志码:ADOI:10.13637/j issn 1009-6094.2021.1550*收稿日期:2021 08 31作者简介:梁园，高级工程师，硕士，从事隧道通风及防灾设计研究，290230308 qq com;谢宝超(通信作者)，副教授，从事结构抗火、火灾
11、烟气流动与控制、火灾疏散与应急管理研究，xiebaochao csu edu cn。基金项目:中国铁建股份有限公司科技研究开发计划项目(2019 B20)0引言隧道建设给交通带来极大的便利1，但其消防安全问题也日益突出2。隧道发生火灾时，由于排烟散热条件差，高温有毒烟雾不易排出，易造成交通堵塞并导致严重伤亡3 6。因此隧道中需配置排烟系统，水下沉管隧道通常采用侧向排烟系统。国内学者针对侧向排烟系统进行了广泛研究。王闪7 研究了港珠澳大桥海底沉管隧道侧向排烟系统的排烟效果并优化了排烟方案。钱芳等8 利用数值模拟软件研究了侧向排烟口的分布形式对隧道内火灾烟气蔓延效果的影响，当在火灾上游开启排烟口时
12、，位于火源上游的烟气回流长度以及蔓延速度847第 23 卷第 3 期2023 年 3 月安全 与 环 境 学 报Journal of Safety and EnvironmentVol 23No 3Mar，2023会随着排烟口开启数量的增多而增大。吴和俊等9 以港珠澳海底隧道为主体研究侧向排烟加纵向通风的组合排烟模式时的烟气控制效果，证明了侧向排烟加纵向通风的组合排烟模式有助于提高排烟效率，并制定了不同坡度下的烟气控制方案。闫治国等10 探究了当城市公路隧道采用侧向排烟加水幕系统时的阻烟隔热作用，为隧道的水幕设计和消防疏散提供参考。Yang 等11 研究了侧向排烟下烟气层吸穿现象，结果表明吸穿
13、现象会降低侧向排烟系统的性能。随着排烟速率的增加，排烟效率不会显著变化。Xu 等12 采用数值模拟软件研究了侧向排烟系统的排热系数及烟气流动特性，研究表明侧向排烟在排烟口下游引起强烈的空气卷吸，随着排烟速度的增加，空气卷吸的程度逐渐增加，排烟口附近的烟层逐渐变薄出现吸穿现象。已有的研究主要集中于侧向排烟系统排烟阀布置形式及排烟量等参数对侧向排烟系统排烟效果影响方面，缺少排烟阀尺寸对烟气蔓延特性的影响研究。在隧道集中排烟系统设计中，众多学者主要考虑排烟道沿程阻力及风井与排烟道连接处的局部阻力，缺乏对集中排烟系统下排烟阀局部阻力方面的研究。因此本文以苏震桃高速公路太湖隧道为工程依托，开展不同排烟阀
14、尺寸及不同排烟量下隧道侧向排烟系统中烟气蔓延特性的研究。1工程背景苏震桃高速公路全长约 46 km，苏震桃高速公路太湖隧道按双向 6 车道标准设计，隧道净高 8.5m，建筑界限高 5 m，宽 17.5 m，隧道断面面积为137.86 m2，排烟道尺寸为高 3 m、宽 5 m，其中穿越东太湖段长约 9 km。起于苏州绕城公路西南段东山互通附近，途经吴中区胥口镇、吴中经济开发区、浦庄镇，在吴江区横扇社区跨越东太湖、太浦河，经庙港社区，在震泽镇跨国道 318 线及长湖申线后，经图 1隧道横断面Fig 1Tunnel cross section桃源西直至终点。全线采用双向六车道高速公路标准，隧道设计速
15、度 120 km/h。拟在湖中不设岛，仅在湖西、湖东岸设排风塔，仅靠侧向重点排烟系统解决防排烟。隧道横断面见图 1。2数值模拟2.1模型及测点设置采用由美国标准技术研究院(National Instituteof Standards and Technology，NIST)开发的软件火灾动 力 学 模 拟 软 件(FireDynamicsSimulator，FDS)13 15 模拟隧道火灾中温度场、流速场及烟气蔓延等参数特征。如图 2 所示，模型隧道的行车道和排烟道长 宽 高分别为 1000 m 17.5 m 8.5m 和 1000 m 5 m 3 m。火源设置在隧道中心处，火源面积为 10
16、m2，火源功率为 50 MW，单位面积热释放速率为 5 MW/m2，火灾增长方式为 1 s 达到稳定。在隧道顶棚下方 0.5 m 处设置热电偶及流速测点，并沿隧道纵向方向间隔 10 m 进行布置。在排烟道中心位置处，沿排烟道纵向方向间隔 10 m 布置热电偶及流速测点。每个工况开启 6 个排烟阀，以火源间隔 60 m 对称分布，在排烟阀处布置一组热电偶及流速测点，用于测量排烟阀处温度及流速。以火源为中心，在隧道中心线处，间隔 10 m 设置烟气层分界面高度测点，并在距火源 40 m 处设置 1 列热电偶树。模型的环境温度设置为 20，压强设置为101 kPa，模拟时长为 600 s。2.2工况设置选取 4 种面积相同、宽 高分别为 2 m 3 m、3 m 2 m、4 m 1.5 m 和 6 m 1 m 的侧向排烟阀，排烟量分别为 220 m3/s、240 m3/s 和260 m3/s，热释放速率均为 50 MW，排烟道尺寸(长 宽)均为5 m 3 m，总共 12 组工况，见表 1。表 1工况设计表Table 1Summary of simulation conditions编号排烟量/