一种蛇型曲线隧道火灾纵向温度的确定方法技术

本发明专利技术涉及公路隧道火灾安全技术领域，尤其涉及一种蛇型曲线隧道火灾纵向温度的确定方法。目的是弥补目前蛇型曲线隧道火灾温度场分布特性研究的空白。所述方法包括：建立蛇型曲线隧道火灾温度扩散的数学模型、建立蛇型曲线隧道的几何模型、建立蛇型曲线隧道空间内气体流动模型；依据上述模型和方法，对蛇型曲线隧道火灾温度场分布进行三维数值模拟计算；根据上述计算结果，获得距离火源不同纵向距离的拱顶温度T(x)与拱顶最高温度T0的比值T(x)/T0；通过该比值进行非线形拟合，整理得到蛇型隧道火灾纵向温度的计算公式。本发明专利技术填补了目前对蛇型曲线隧道火灾温度场分布研究的空白，为蛇型曲线隧道火灾下的人员疏散设计及衬砌防火设计提供科学依据。防火设计提供科学依据。防火设计提供科学依据。

【技术实现步骤摘要】
一种蛇型曲线隧道火灾纵向温度的确定方法


[0001]本专利技术涉及公路隧道火灾安全
，尤其涉及一种蛇型曲线隧道火灾纵向温度的确定方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国经济的不断增强，交通建设事业取得了迅猛发展，高速公路建设的规模和数量不断增加，隧道火灾问题也受到越来越多的关注。公路隧道火灾造成危害极大，火灾发生时，隧道内火源上方拱顶最高温度可以达到1000度以上，隧道内火灾烟气扩散到下游时，烟气温度将按照一定规律衰减。在公路火灾中，火源下游纵向温度是影响人员疏散的重要因素。
[0003]随着西部山区高速公路建设的不断推进，为克服地形高差、减缓坡度和避开不良地质条件等因素，复杂线型隧道逐渐增多，隧道平面线型从以往直线型发展到曲线型，甚至蛇型。例如，正在修建的雅安至叶城国家高速公路康定过境段项目跑马山1号隧道就是典型的蛇型曲线隧道。蛇型曲线隧道线型的特殊性将导致隧道火灾纵向温度场分布特征不同于直线隧道及一般曲线隧道，从而影响火灾下人员疏散设计及隧道衬砌防火设计。因此蛇型曲线隧道火灾纵向温度的确定是蛇型曲线隧道防灾控制设计的基础和关键。
[0004]通过调研已有成果，发现国内外学者对曲线隧道火灾过程中的火灾模拟及温度场分布特征研究较少，特别是针对蛇型曲线隧道火灾纵向温度场的研究还极其缺乏。蛇型曲线隧道火灾纵向温度计算方法不明确，这对蛇型曲线隧道火灾人员疏散设计及隧道衬砌防火设计造成了较大的困难，对蛇型曲线隧道运营安全将产生严重影响。
[0005]因此有必要提出一种新的方案，来解决上述技术问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种蛇型曲线隧道火灾纵向温度的确定方法，目的是弥补目前蛇型曲线隧道火灾温度场分布特性研究的空白，为蛇型曲线隧道火灾下的人员疏散设计及衬砌防火设计提供科学依据，以保障蛇型曲线隧道运营安全。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种蛇型曲线隧道火灾纵向温度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]步骤1，采用流体力学CFD方法，利用流体力学三维数值软件FLUENT，建立如下模型，具体为：
[0010]步骤101，建立蛇型曲线隧道火灾温度扩散的数学模型，应用了连续性方程、动量方程、能量方程和标准k
‑
ε模型；
[0011]步骤102，建立蛇型曲线隧道的几何模型，蛇型曲线隧道几何模型包括一次曲线段和反向曲线段；
[0012]步骤103，建立蛇型曲线隧道空间内气体流动模型；
[0013]步骤2，依据蛇型曲线隧道火灾温度扩散的数学模型、蛇型曲线隧道的几何模型、
蛇型曲线隧道空间内气体流动模型和流体力学CFD方法，对蛇型曲线隧道火灾温度场分布进行三维数值模拟计算，得出计算结果；
[0014]步骤301，根据上述计算结果，确定蛇型曲线隧道火灾工况下火源正上方拱顶最高温度T0和距离火源不同纵向距离的拱顶温度T(x)；
[0015]步骤302，根据上述确定的拱顶最高温度T0和距离火源不同纵向距离的拱顶温度T(x)，并获得距离火源不同纵向距离的拱顶温度T(x)与拱顶最高温度T0的比值T(x)/T0。
[0016]步骤4，通过对蛇型曲线隧道距离火源不同纵向距离的拱顶温度与拱顶最高温度的比值进行非线形拟合，整理得到蛇型隧道火灾纵向温度的计算公式：
[0017]T(x)＝T0·
exp[
‑
0.00183(x
‑
x0)](1)
[0018]公式(1)中，x
‑
x0为距离火源的纵向距离，T(x)为距离火源纵向距离x
‑
x0的拱顶温度，T0为拱顶最高温度。
[0019]优选地，所述步骤1中，蛇型曲线隧道的一次曲线段半径为1000m，长度为1800m；反向曲线段半径为1000m，长度为1800m。
[0020]优选地，所述步骤1中，建立蛇型曲线隧道空间内气体流动模型，建立该气体流动模型时在隧道各处取的边界条件如下：
[0021]隧道入口及出口均为压力边界条件，隧道内火源为质量流量边界条件，隧道壁面和地面为静止的壁面边界条件，设置为绝热壁面条件。
[0022]优选地，所述步骤2中，在进行三维数值模拟计算前，在三维数值软件FLUENT进行初始设定，火灾规模为30MW，燃烧模型采用体积热源模型，火源温度和环境温度分别设置为750℃和12℃。
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024]本专利技术采用数值计算方法和模型，得到了蛇型曲线隧道火灾温度场分布特征及纵向温度的计算方法。本专利技术不仅填补了目前对蛇型曲线隧道火灾温度场分布研究的空白，而且为蛇型曲线隧道火灾下的人员疏散设计及衬砌防火设计提供科学依据，保障蛇型曲线隧道运营安全，具有重要的工程意义。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的跑马山1号隧道断面图。
[0026]图2为本专利技术的蛇型曲线隧道几何模型示意图。
[0027]图3为本专利技术的蛇型曲线隧道拱顶最高温度随纵向距离(x
‑
x0)的变化曲线；
[0028]图4为本专利技术的蛇型曲线隧道距离火源不同纵向距离的拱顶温度与拱顶最高温度的比值非线形拟合函数。
[0029]图5为基于本专利技术的一种蛇型曲线隧道火灾纵向温度的确定方法的流程图。
[0030]具体实施方法
[0031]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]实施例1
[0033]如图1所示，本专利技术模型断面采用跑马山1号隧道实际断面形式，本实施例提供了一种蛇型曲线隧道火灾纵向温度的确定方法，包括如下步骤：
[0034]步骤1，采用流体力学CFD方法，利用流体力学三维数值软件FLUENT，建立如下模型，具体为：
[0035]步骤101，建立蛇型曲线隧道火灾温度扩散的数学模型，应用了连续性方程、动量方程、能量方程和标准k
‑
ε模型；具体如下：
[0036]连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的具体表述形式，如下所示：
[0037][0038]公式(1)中，ρ是气体密度，单位为kg/m3，是平均速度矢量，单位为m/s；
[0039]动量方程包括x、y和z三个方向的动量方程，具体如下：
[0040]x方向上的动量方程：
[0041][0042]y方向上的动量方程：
[0043][0044]z方向上的动量方程：
[0045][0046]公式(2)、(3)、(4)中，u表示x方向的速度矢量，v表示y方向的速度矢量，w表示z方向的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蛇型曲线隧道火灾纵向温度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采用流体力学CFD方法，利用流体力学三维数值软件FLUENT，建立如下模型，具体为：步骤101，建立蛇型曲线隧道火灾温度扩散的数学模型，应用了连续性方程、动量方程、能量方程和标准k
‑
ε模型；步骤102，建立蛇型曲线隧道的几何模型，蛇型曲线隧道几何模型包括一次曲线段和反向曲线段；步骤103，建立蛇型曲线隧道空间内气体流动模型；步骤2，依据蛇型曲线隧道火灾温度扩散的数学模型、蛇型曲线隧道的几何模型、蛇型曲线隧道空间内气体流动模型和流体力学CFD方法，对蛇型曲线隧道火灾温度场分布进行三维数值模拟计算，得出计算结果；步骤301，根据上述计算结果，确定蛇型曲线隧道火灾工况下火源正上方拱顶最高温度T0和距离火源不同纵向距离的拱顶温度T(x)；步骤302，根据上述确定的拱顶最高温度T0和距离火源不同纵向距离的拱顶温度T(x)，并获得距离火源不同纵向距离的拱顶温度T(x)与拱顶最高温度T0的比值T(x)/T0。步骤4，通过对蛇型曲线隧道距离火源不同纵向距离的拱顶温度与拱顶最高温度的比值进行非线形拟合，整理得到蛇型隧道火灾纵向温度的计算公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，戴开来，梁世成，李航，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：