韓佳睿 張亮亮 姜學(xué)鵬 李海濱
摘要:文章針對(duì)排煙口下緣距地面1.7m的低位側(cè)部排煙隧道,構(gòu)建以清晰高度處能見(jiàn)度與排煙效率為約束條件的隧道側(cè)部排煙效果評(píng)價(jià)模型,并采用全尺寸FDS數(shù)值模擬研究低位排煙口的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。結(jié)果表明:合理的排煙口間距為60m,排煙口面積(形狀)宜取S≥3.2m2(4m×0.8m)。
關(guān)鍵詞:側(cè)部重點(diǎn)排煙;低位排煙口;評(píng)估模型;數(shù)值模擬
由于雙層隧道直徑受限,為保障城市水下隧道人員疏散安全,多設(shè)置側(cè)部重點(diǎn)排煙系統(tǒng)[1]。排煙口間距和形狀是影響隧道煙控制效果的關(guān)鍵參數(shù)。
部分學(xué)者針對(duì)隧道側(cè)部排煙開(kāi)展了相關(guān)研究,姜學(xué)鵬對(duì)隧道側(cè)部排煙量進(jìn)行優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)在隧道縱向通風(fēng)下風(fēng)機(jī)排煙量大于有效控?zé)熕栾L(fēng)量時(shí),風(fēng)機(jī)排煙量越大越有利于抑制火災(zāi)發(fā)展[2];林鵬通過(guò)縮尺寸實(shí)驗(yàn)+數(shù)值模擬,探究排煙口位置對(duì)隧道火災(zāi)排煙效率的影響,發(fā)現(xiàn)排煙口對(duì)稱(chēng)分布于火源兩側(cè)時(shí),煙氣層呈對(duì)稱(chēng)分布,排煙效率最高[3];陳建忠認(rèn)為用獨(dú)立排煙口代替排煙組,排煙效率可有效提升[4]。上述研究側(cè)部排煙口位置均高于隧道清晰高度,對(duì)排煙口下緣與隧道地面距離小于清晰高度的低位排煙口側(cè)部排煙隧道研究鮮少。
針對(duì)某城市隧道排煙口下緣距地面1.7m這一特殊工程條件,采用FDS模擬研究煙氣溫度場(chǎng)、能見(jiàn)度、排煙效率等,進(jìn)而選取安全又經(jīng)濟(jì)的排煙口間距和形狀。
一、模型建立與火災(zāi)場(chǎng)景
(一)隧道模型
依托隧道為雙層隧道,隧道盾構(gòu)段橫斷面如圖1所示。采用FDS軟件構(gòu)建長(zhǎng)1000m、寬11m、高10.4m的計(jì)算模型,排煙道與疏散通道位于隧道兩側(cè),上下層行車(chē)道共用排煙道斷面積為5.5m2,上層隧道側(cè)部排煙口下緣距離地面1.7m。
(二)參數(shù)設(shè)計(jì)
隧道僅通行小汽車(chē)(7座及以下乘用車(chē)),共設(shè)置6個(gè)排煙口軸對(duì)稱(chēng)開(kāi)啟。設(shè)火災(zāi)規(guī)模為15MW,火源距隧道端部500m,位于隧道2個(gè)排煙口中間,總排煙量為Q=100m3/s,排煙道兩端設(shè)置排煙豎井,排煙量各為Q/2,向隧道兩端水平側(cè)部重點(diǎn)排煙?;鹪磁c排煙口相對(duì)位置示意圖如圖2所示。
隧道火源熱釋放速率為15MW,網(wǎng)格尺寸在0.176m至0.705m之間模擬結(jié)果更為可靠。在排煙口與火源附近網(wǎng)格進(jìn)行了局部加密,網(wǎng)格尺寸為0.5m×0.5m×0.2m。
(三)工況設(shè)置
探究不同排煙口間距、形狀對(duì)煙氣溫度場(chǎng)、能見(jiàn)度、排煙效率的影響,工況見(jiàn)表1。
二、模擬結(jié)果與分析
重點(diǎn)排煙系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足如下目標(biāo):保障清晰高度處煙氣溫度、能見(jiàn)度不影響人員疏散并能有效排出煙氣。
清晰高度指的是煙層下邊緣至室內(nèi)地面的高度,保守設(shè)定清晰高度為2.0m,清晰高度處能見(jiàn)度Vz≥10m,排煙系統(tǒng)總排煙效率η≥95%。
構(gòu)建隧道煙氣控制效果評(píng)價(jià)模型如下:
(一)排煙口間距對(duì)煙控效果的影響
1.能見(jiàn)度
不同排煙口間距下隧道縱向2.0m清晰高度能見(jiàn)度曲線(xiàn)如圖3。
如圖3所示:各工況在火源處能見(jiàn)度低于10m,其他區(qū)域均大于清晰高度處能見(jiàn)度Vz≥10m。其中,各工況在排煙口(L2、L1、R1、R2)處持續(xù)下降,至排煙口(L3、R3)達(dá)到最低值開(kāi)始回升,且隨著排煙口間距的增大,排煙口(L3、R3)達(dá)到的能見(jiàn)度最低值有增大趨勢(shì)。因此,從能見(jiàn)度角度,排煙口間距取l0 ≥50m。
2.排煙效率
不同排煙口間距時(shí)排煙效率η,如表2。
由表3可知:排煙口間距為60m、70m時(shí),滿(mǎn)足總排煙效率η≥95%的約束要求。排煙口間距為50m時(shí),總排煙效率η<95%,不符合火災(zāi)煙氣控制效果評(píng)價(jià)模型約束條件。
綜上所述,通過(guò)分析排煙口下緣距地面1.7m條件下排煙口間距變化對(duì)隧道能見(jiàn)度及排煙效率的影響,間距宜取l0=60m。
(二)排煙口面積/尺寸對(duì)煙控效果的影響
以上述合理排煙口間距60m為基礎(chǔ),探究不同排煙口形狀對(duì)能見(jiàn)度及排煙效率的影響。
1.能見(jiàn)度
不同排煙口尺寸下隧道中間縱向2.0m清晰高度能見(jiàn)度曲線(xiàn)如圖4。
如圖4所示:工況A03~A07在以火源為中心上下游90m~125m分布排煙口(L3、L2、R2、R3)能見(jiàn)度出現(xiàn)明顯下降,經(jīng)過(guò)排煙口后能見(jiàn)度出現(xiàn)回升;距離火源較近處排煙口(L1、R1)的能見(jiàn)度同樣出現(xiàn)明顯下降,隨后能見(jiàn)度持續(xù)下降,未出現(xiàn)回升??梢?jiàn)火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣在火源上方形成頂棚射流,煙氣向火源兩端運(yùn)動(dòng),使火源附近排煙口處能見(jiàn)度持續(xù)減小,隨后煙氣在隧道內(nèi)蔓延,卷吸空氣形成穩(wěn)定煙氣層,排煙口(L3、L2、R2、R3)可有效排出隧道煙氣,使能見(jiàn)度回升。此外,除火源正上方能見(jiàn)度在10m以下,其他位置2.0m高度處能見(jiàn)度穩(wěn)定在10m以上,滿(mǎn)足約束條件能見(jiàn)度Vz≥10m。因此,從能見(jiàn)度角度,工況A03~A07排煙口尺寸均滿(mǎn)足人員安全疏散要求。
2.排煙效率
分析不同排煙口尺寸排煙效率η如表3。
如表3所示:隨排煙口面積增大,距離火源較近的排煙口(L2、L1、R1、R2),排煙效率逐漸降低,距離隧道端部較近排煙口(L3、R3)的排煙效率逐漸增大??梢?jiàn)距離隧道端口越近抽吸能力越強(qiáng),排煙效率最高。根據(jù)排煙效率η≥95%的煙氣控制有效性判據(jù),工況A03、A06不符合排煙要求。因此,從排煙效率角度,排煙口面積應(yīng)取S≥3.2m2。
三、結(jié)論
文章針對(duì)排煙口下緣距離地面1.7m的特殊側(cè)部排煙隧道情況,研究了不同排煙口間距/形狀時(shí)的煙氣控制效果:
(1)構(gòu)建了含清晰高度處能見(jiàn)度及排煙效率2個(gè)約束條件的重點(diǎn)排煙效果評(píng)估模型。
(2)確定合理排煙口間距為60m,排煙口面積/形狀宜取S≥3.2m2(4m×0.8m)。
參考文獻(xiàn):
[1]陳娟娟,方正,袁建平.側(cè)向排煙口對(duì)雙層隧道機(jī)械排煙的影響[J].消防科學(xué)與技術(shù),2015,34(01):33-37.
[2]姜學(xué)鵬,劉嬋,于思維,等.側(cè)部重點(diǎn)排煙與水噴淋協(xié)同作用下隧道煙氣運(yùn)動(dòng)研究[J].消防科學(xué)與技術(shù),2021,40(02):175-179.
[3]林鵬,王國(guó)元,司有亮,等.隧道火災(zāi)排煙口位置對(duì)排煙效率的影響[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),2019,54(05):1055-1062+1112.
[4]陳建忠,曹正卯,張琦.側(cè)壁排煙模式下超寬斷面沉管隧道火災(zāi)排煙效率研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2017,13(S1):393-399.
[5]Australian Building Codes Board. Fire Engineering Guidelines[M].Sydney: Fire Code Reform Center Limited,1996.
[6]姜學(xué)鵬,呂彥昕,李超,萬(wàn)娟.側(cè)部點(diǎn)式排煙模式下煙氣分層特性研究[J].火災(zāi)科學(xué),2021,30(03):151-159.