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城市地下道路结构形式对火灾烟气蔓延特性的影响及控制技术研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着城市化进程的不断加速,城市人口和车辆数量急剧增长,地面交通拥堵问题日益严重。为了缓解交通压力,提高城市交通效率,城市地下道路作为一种重要的交通基础设施,得到了广泛的建设和发展。城市地下道路不仅能够有效节省地面空间,还能改善城市的交通状况,提高居民的出行便利性。例如,深圳前海地下道路总长约9.81公里,是国内建设标准最高的地下道路工程之一,它形成了相互连通、逐级分流的独立完整地下交通系统,成为前海内部的交通主动脉。

然而,城市地下道路由于其特殊的封闭空间结构,一旦发生火灾,将带来极其严重的危害。地下道路内空间相对狭小,通风条件有限,火灾发生时,热量和烟气难以迅速排出,容易造成温度急剧升高和浓烟弥漫的危险状况。同时,地下道路内人员和车辆密集,疏散难度大,火灾发生时极易引发人员伤亡和财产的巨大损失。如2021年9月6日,河北省秦皇岛市海港区银谷地下商城突发大火,过火面积约400平方米,虽无人员伤亡,但造成了一定的财产损失,经调查此次火灾由电气故障引发。

研究不同结构形式城市地下道路火灾烟气蔓延特性及控制技术具有至关重要的意义。深入了解火灾烟气蔓延特性,能够为地下道路的防火设计、消防设施配置以及应急预案制定提供科学依据,从而有效预防火灾事故的发生,降低火灾造成的危害。掌握先进的烟气控制技术,可以在火灾发生时迅速有效地控制烟气蔓延,为人员疏散和消防救援创造有利条件,最大限度地保障人员生命安全和减少财产损失。

1.2国内外研究现状

在国外,许多学者和研究机构对城市地下道路火灾烟气蔓延特性及控制技术进行了大量研究。一些研究通过数值模拟和实验相结合的方法,探究了不同火源位置、通风条件下烟气的蔓延规律。在数值模拟方面,运用FDS(FireDynamicsSimulator)等专业软件,对地下道路火灾场景进行模拟,分析烟气的扩散路径、速度以及温度分布等参数。在实验研究中,搭建缩小比例的地下道路模型,进行火灾实验,观察烟气的实际蔓延情况,验证数值模拟结果的准确性。在烟气控制技术方面,研发了多种通风排烟系统,如纵向通风、横向通风以及半横向通风等,并对这些系统在不同火灾场景下的排烟效果进行了评估。

国内对于城市地下道路火灾的研究也取得了显著进展。学者们针对我国城市地下道路的特点,开展了一系列的理论分析、数值模拟和实验研究。在理论分析方面,建立了火灾烟气蔓延的数学模型,对烟气的流动特性进行理论推导和计算。在数值模拟中,除了使用FDS软件外,还结合其他计算流体力学(CFD)软件,对复杂结构的地下道路火灾进行模拟分析,研究烟气在不同结构形式下的蔓延特性。在实验研究中,部分研究团队进行了全尺寸火灾实验,更加真实地模拟地下道路火灾场景,获取了丰富的实验数据,为理论研究和数值模拟提供了有力支持。在烟气控制技术方面,国内也在不断探索适合我国国情的技术方案,对通风排烟系统的优化设计、消防设备的合理配置等进行了深入研究。

尽管国内外在城市地下道路火灾烟气蔓延特性及控制技术方面取得了一定的成果,但仍存在一些不足之处。对于一些复杂结构形式的地下道路,如互通型地下分岔隧道,其火灾烟气蔓延特性的研究还不够深入,现有研究成果难以全面准确地描述烟气在这类结构中的蔓延规律。不同研究之间的结果存在一定差异,缺乏统一的标准和规范来指导实际工程设计和应用。在烟气控制技术方面,虽然提出了多种方案,但在实际应用中,这些技术的可靠性和有效性还需要进一步验证和提高。

1.3研究内容与方法

本文主要研究内容包括以下几个方面:分析不同结构形式城市地下道路的火灾特点,如直线型地下道路、曲线型地下道路、分岔型地下道路以及互通型地下道路等在火灾发生时的不同表现,包括火源特性、火灾发展速度等。深入研究不同结构形式下火灾烟气的蔓延特性,包括烟气的蔓延路径、速度、温度分布以及浓度变化等,探究影响烟气蔓延的因素,如隧道结构、通风条件、火源位置等。对现有的火灾烟气控制技术进行研究和评估,包括通风排烟系统的类型、工作原理以及在不同结构地下道路中的应用效果,分析各种控制技术的优缺点,提出改进和优化的方向。结合实际案例,对不同结构形式城市地下道路火灾烟气蔓延特性及控制技术的应用进行分析,总结经验教训,为实际工程提供参考。

本文将采用以下研究方法:理论分析,运用流体力学、传热学等相关理论,建立火灾烟气蔓延的数学模型,对烟气的流动和传热过程进行理论推导和分析,从理论层面揭示火灾烟气蔓延的内在机制。数值模拟,利用FDS、ANSYSFluent等专业的数值模拟软件,建立不同结构形式城市地下道路的火灾模型,设置各种火灾场景和参数,模拟火灾烟气的蔓延过程,获取烟气的

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