火羽流得臨界速度及范圍(翻譯)

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1、通風(fēng)隧道內(nèi)火羽流的臨界流速和范圍摘要：為了保證隧道內(nèi)的乘客、人員和設(shè)備的安全，了解和預(yù)測(cè)火羽流的運(yùn)動(dòng)是非常重要的。為了估算頂棚下方火羽流的范圍，我們建立了一個(gè)模型，該模型僅取決于兩個(gè)重要參數(shù)：火源的能量釋放率和通風(fēng)氣流的速度。關(guān)于羽流逆風(fēng)范圍的理論結(jié)果，與從8次隧道火災(zāi)測(cè)試中獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)特別吻合。用于阻止煙氣逆風(fēng)運(yùn)動(dòng)的臨界通風(fēng)速度的理論值也與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。本文分析了空氣流的卷吸作用、頂棚的摩擦以及相關(guān)的熱損失的影響，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了討論。關(guān)鍵詞：火羽流隧道火災(zāi)危險(xiǎn)范圍臨界通風(fēng)速度安全性評(píng)估1、引

2、言：目前，安全性評(píng)估是鐵路和公路隧道設(shè)計(jì)和運(yùn)行的一個(gè)重要組成那個(gè)部分。通過(guò)對(duì)可能發(fā)生的事故進(jìn)行詳細(xì)分析，可安裝有效的安全設(shè)備，同時(shí)，為了避免事故的發(fā)生，我們可以采取充分的防御措施。目前，安全評(píng)估主要用于預(yù)防隧道火災(zāi)。隧道火災(zāi)一般在罐裝卡車或罐裝汽車內(nèi)的易燃液體燃料偶然溢出時(shí)發(fā)生。其他的火源可以是燃燒的車輛或貨物。本文提出并討論了一個(gè)計(jì)算方法，這一方法可用以計(jì)算煙氣的上升、偏移和傳播的距離以及煙氣與新鮮空氣逆流的相互作用。用于阻止煙氣逆風(fēng)運(yùn)動(dòng)的臨界通風(fēng)速度，或稱之為逆流速度，也可通過(guò)此方法進(jìn)行估算。臨界速度

3、是安全性研究的主要方向，它在很大程度上是由通風(fēng)動(dòng)力決定的。通過(guò)模型確定的臨界速度與在測(cè)試隧道的火災(zāi)實(shí)驗(yàn)獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致。影響煙氣運(yùn)動(dòng)的一個(gè)主要參數(shù)是能量釋放率。火羽流，會(huì)因頂棚的阻擋而向外發(fā)生偏移，其流動(dòng)速度往往與浮力層中的重力波的相對(duì)速度高度相關(guān)。當(dāng)相應(yīng)的Froude數(shù)（定義為慣性力與重力的比值）大于1時(shí)，流動(dòng)狀態(tài)則為超臨界。在通道或隧道內(nèi)的一維流動(dòng)過(guò)程中，可觀測(cè)到過(guò)渡或水躍現(xiàn)象，其中隱含著能量損失。我們必須對(duì)可以得到簡(jiǎn)單分析解的Delichatsio處理方法和目前采用的數(shù)值處理方法加以區(qū)分。在計(jì)

4、算臨界狀態(tài)時(shí)，Delichatsio（1981）認(rèn)為，過(guò)渡現(xiàn)象發(fā)生在距離頂棚影響點(diǎn)較近的地方。在他建立的模型中，到達(dá)過(guò)渡位置處的卷吸空氣量可以計(jì)算出來(lái)，但是發(fā)生過(guò)渡的精確位置無(wú)法確定。與Delichatsio方法相反，在目前的模型中，由超臨界狀態(tài)到亞臨界狀態(tài)（Froude數(shù)小于1）的過(guò)渡不能提前設(shè)定。其他可能的重力或浮力驅(qū)動(dòng)氣體運(yùn)動(dòng)的情形，與被控隧道環(huán)境中密度較大氣體的偶然泄漏有關(guān)。當(dāng)泄漏氣體分子重量大于空氣的重量或當(dāng)泄漏氣體的溫度低于周圍環(huán)境的溫度，即為低溫氣體時(shí)，這些氣體的運(yùn)動(dòng)方式就與密度較大氣體相似

5、。密度較大的氣體沿著地面?zhèn)鞑ィ诒豢丨h(huán)境中，被置換的空氣將向相反的方向流動(dòng)。不同密度氣體之間的相互入侵現(xiàn)象已被Grobelbauer（1993）通過(guò)在封閉的水平通道做實(shí)驗(yàn)研究過(guò)。他們確立了位于下面密度較大氣體的鋒速（Froude數(shù)的函數(shù)）與位于上面較輕氣體的鋒速的相關(guān)性。最近，在一傾斜通道內(nèi)獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以被用來(lái)證實(shí)包括斜坡效應(yīng)在內(nèi)的相互入侵現(xiàn)象的物理模型適用于非水平隧道或風(fēng)井。在研究隧道頂棚下方熱氣體的流動(dòng)時(shí)，密度較大氣體沿著通道內(nèi)地面流動(dòng)的模型和結(jié)果也很有用。2、物理模型2.1從火源到羽流前端的氣

6、流變化隧道內(nèi)的火羽流如圖1所示?；鹪纯杀焕硐牖癁橐稽c(diǎn)源F。假設(shè)火羽流是對(duì)稱的，且熱量釋放率為一定值。關(guān)于這一物理現(xiàn)象討論的相關(guān)參考資料可在Fannelop（1994）中找到。圖1隧道火災(zāi)示意圖火羽流的整個(gè)流動(dòng)過(guò)程可以細(xì)分為五個(gè)區(qū)域：區(qū)域（I）:從（F）到（c）——圖1——上升羽流區(qū)域（II）：從（c）到（e）——圖1——頂棚附近的回流區(qū)域區(qū)域（III）：從（e）到（i）——圖1——頂棚附近的放射狀流動(dòng)區(qū)域（IV）:從（i）到（0）的過(guò)渡——圖1——由放射狀流動(dòng)向一維流動(dòng)的過(guò)渡區(qū)域（V）：x≥ri——圖1—

7、—頂棚下方與隧道軸向平行的一維流動(dòng)由于相關(guān)知識(shí)均可在參考書中找到，區(qū)域（I）和區(qū)域（II）的具體變化過(guò)程在此不再重復(fù)。區(qū)域（I）：這一區(qū)域?yàn)閺纳仙鹆髦另斉锏挠绊懫鹬匾饔玫哪且稽c(diǎn)的范圍，即從點(diǎn)（F）到（c）。Alpert提出了一運(yùn)算法則，來(lái)計(jì)算垂直速度wmax和羽流軸向的密度ρmax。一旦煙氣的能量釋放率Q和大氣環(huán)境狀態(tài)ρa(bǔ)和Ta確定，其決定因素就是該點(diǎn)到火源的距離。但是，Bossinesq近似法的使用限制其有效性范圍只能為適度溫差。因此，目前的分析基于速度wmax和?Tmax=Tmax-Ta的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)

8、式，這一關(guān)聯(lián)式來(lái)自于Alpert的實(shí)驗(yàn)測(cè)試（1972），后來(lái)又被Heskestad和Delichatsio作了某些改進(jìn)（1978），改進(jìn)后的關(guān)聯(lián)式適用于不同溫度。特別地，在頂棚羽流回流之前的位置(c)處wmax=0.96（QH）13(1)和?Tmax=Tmax-Ta=16.9Q23H53(2)式中：Q——煙氣的能量釋放率，KW；wmax——最大的垂直速度，m/s；H——頂棚高度，m；T——溫度，K；這些關(guān)聯(lián)式是根據(jù)測(cè)試時(shí)收集的