集中排烟隧道烟气温度衰减特性cfd模拟研究

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1、集中排烟隧道烟气温度衰减特性CFD模拟研究摘要：结合集屮排烟隧道系统设计，针对50MW人尺度火灾，考虑2种火源位置，研究不同纵向风速、排烟组合工况下隧道内烟气温度水平、乖直衰减规律。结果表明：v,不变（v2不变），v2增大（A增大）吋，顶板下方最高烟气温度增大；Vl、时，B位置顶板下方烟气敁大温升明显高于A位置的情况；进一步分析得到火源上下游风口处烟气温度水平衰减及乖直衰减变化规律。在模拟研究的基础上，回归整理得到顶板卜_方烟气最人温升及火源上下游风口处烟气最人温度水平、垂且袞减幅度随纵向风速、排烟组合变化的无M纲准则关系式，为进一步研究隧道火灾

2、提供依裾。关键词：集中排烟隧道；火源位置；水平衰减垂直衰减；CFD模拟0引言集屮排烟模式兼顾纵A通风和局部排烟的优点，其有广阔的应用前景。□有成果针对3个风口非对称布置火源两侧情况，以温度为例，分析热烟气水平扩散范闱及优化的控制风速与排烟量组合［1］,促未涉及温度的水平、垂直衰减及相应速率矢系。此外，火源位置影响不稃忽视，研究表明火源位置对临界风速侖较人影响［2］。为此，木文针对50MW人尺度火灾，考虑两种不同火源位置，通过CFD模拟，研究不同纵向风速、排烟组合丄况下隧道烟气溢度水平、垂直衰减规律。1研究工况分析1.1隧道概况t嫜頌风机谓ttGr

3、f图1集中排烟隧道通风系统及火源位置如阁所示，拱形隧道分成上部排烟道、下部行车通道两层空间，一旦发生火灾，就近开启火源周围人尺度排风UI,可将烟气迅速排出行车空闷，取其屮300m长水平通风段为研究对象，3个风口非对称布置在火源两侧，相关位置及尺寸见阁1。1.2火源参数模拟考虑50MW人尺度火灾强度（相当于油罐车火灾），火源尺、r4mX6m,距隧道入口150m。以甲烷为燃料，甲焼/空气质g比为1/7.76。考虑隧道横断酣上火源居中（A位置）、近壁位置（B位置）两种情况。1.2送风及排烟工况确定/十:射流风机送风、烟道排烟耦合作用下，火源下游自然补风

4、。为了便于分析，定义K为诱导风速v2。考虑到隧道上下游非对称烟气控制策略，设计丁.况时射流风机送风速度Vi大于诱导风速v2。考虑Vi取0.5、1、1.5、2、2.5m/s,v2取0.5、0.75、1、1.25、1.5m/s等风速组合共38种研究工况。2控制方程的建立及边界条件的确定2.1控制方程的建立CH4+.5O2^CO+2H2OCO+0.5（9,□CO2（i）模拟计算考虑甲烷W步燃烧反应，见式（1）。模拟过程还涉及紊流、传热影响，木文采川浮力修正模型，DTRM辐射模型，控制方程组见式（2）,模型基木参数见表I13'3顶板下方最高烟气温度[d

5、{pufu,}dp[sdtdx>dxtdx,**M[£+tgh(2)RT[P=MT其巾，n，=(pCflk2)/E；5；〃为质量力/向分M;&为热量产生项；~为粘性应力张量；6为化学反应物质牛.成量，kg/sm3；Gk>G/，分别为剪切应力产生项、浮力产生项。表1模型基本参数C,C2c1.441.921.00.091.01.32.2边界条件的确定模拟考虑周围环境温度r()=303K，壁面采MJLaunder和Spalding推浮标准壁曲闲数[6],不计与外界换热。隧道入U速度边界，烟道出U考虑自由出流边界，火源考虑质朵入口边界。2.3计算模型网格

6、划分计算区域采用非均匀网格划分，近火源温度梯度变化人的区域布置密集网格，远离火源温度梯度变化小的区域亦置稀疏网格，首次网格划分后依次增加x、y、2轴闷格数目50%,在侃证火源位置、上游送风、排烟M•相同的情况卜，观察顶板卜‘方最高温度、浓度变化。当两者相差很小吋，网格划分结图2不冋火源位置顶板下方最岛烟气温升阁中，A7；_*顶板下方烟气最高温升，K。如罔2所示，当v2不变，^^增大时，来流对火源热烟羽挤压不断增强，加速烟气乘直沉降，造成火源A、B顶板下A烟气温度降低；当^不变，1^2増大时，烟气垂直沉降减弱，火源A、B的顶板下方烟气温度增大。当V

7、l、^相同吋，火源B受拱形壁而影响，顶板下方烟气温度高干A处；v,对顶板下方烟气最高温度影响较大，促随v,增人，火源位S对顶板卜'方烟气温度影响范围逐渐减小。为进一步预测顶板卜方最高烟气溫度，定义无量纲温升及风速如卜.•式中，7；为环境温度，K;b•为风速，m/s,Z=K2,分别为送风速度、诱导风速;//为隧道高度，m;g为重力加速度，m/s2。火源A、B顶板下方烟气最人温升△7；:随<、‘变化无S纲关系准则式见表3。朿。A△广眶=4.68-11.42<+4.U，2*+10.82v1*2-5.7v1/+4.29v2*2R2=Q.990.06

8、/<0.31,0.06