公路隧道火災橫向煙氣溫度分布的實驗研究

姚子昂 包婷婷

摘 要：為了評估隧道火災中煙霧對天花板的影響，用小型實驗對天花板下的煙霧溫度進行了實驗研究。本研究主要集中在公路隧道火災橫向煙氣溫度分布，其縱向分布已經進行了廣泛的研究。對比較靠近火的橫向和縱向煙氣溫度分布進行進行了比較并且對其差異做了研究。在考慮了火的位置的前提下，建立起了決定天花板下橫向煙氣溫度分布的一個相關。

關鍵詞：隧道；火；煙 ；頂棚射流；溫度

1 概述

近年來，災難性的隧道火災時有發生，因此越來越多精力被放在隧道火災防護上。由于隧道的特殊結構，由火災產生的煙霧和有毒氣體 ，如一氧化碳，不會輕易被排出。統計數據顯示，大多數在建筑火災中的死亡是由有毒的煙霧引起的。為了有效地組織消防疏散，指導火災探測器的安裝位置設計和選擇熱傳感器，并充分了解隧道內消防增長的物理性質，應對天花板下的煙流溫度分布進行充分調查。

2 實驗裝置

該實驗是在一個小型的公路隧道模型中進行的。在目前情況下，應用了1：6的縮放比例。該隧道長6m，寬2m，高0.88米。該隧道的天花板是由石膏板制成，地板由鋼板制成，側壁由防火玻璃構成。其長寬比是基于在中國北京，南京和深圳的17座公路隧道的調查來確定的。應用弗勞德模型來建立物理比例模型。

火源在自然通風狀態下受到了甲醇池火的刺激。使用了九個高度為2厘米面積不同正方形/矩形池。每個實驗中的燃料厚度在點火前保持1厘米。該熱量釋放速率（HRRS）在3.38千瓦和29.57千瓦之間，而在實際隧道的相應值在0.30兆瓦和2.61兆瓦之間。

由于熱量從的熱煙霧傳遞到冷的天花板上，最高煙氣溫度的確切垂直位置離天花板有一小段距離，接近天花板而不是緊緊地固定到天花板表面上。在不同的實驗條件下，特別是天花板材料有著各種熱特性，導致煙霧的最大溫度位置肯定是不同的。然而，應該指出的是，在以往許多對天花板下最高煙氣溫度的實驗中，在沒有進行初步實驗的情況下，熱電偶被任意地安裝在天花板以下1，2或5厘米處，來測量所謂的“最大垂直煙霧溫度”，這將不能獲得非常準確的結果。在本研究中使用的模型隧道的天花板由厚度為8毫米石膏板制成，其散熱性能類似于隧道的實際天花板混凝土。在初步實驗中，8熱電偶安裝于隧道天花板下面，熱電偶和天花板之間的距離為7-21毫米伴隨2毫米的間隔。移動火源來改變火源和熱電偶之間的距離。當火源和熱電偶之間的距離相對較小（即<0.88米）時，最高煙氣溫度的位置是在天花板下約13-15毫米。當距離較大（即≥0.88米），垂直溫度隨熱電偶與天花板之間的距離距離的增大上升顯著增加，超過15毫米后基本保持不變。因此，所有用來測量最大煙氣溫度的熱電偶都要安裝在低于模型隧道天花板15毫米以下。

一種數據采集系統（安捷倫34980A）被用于溫度測量，其采樣間隔設定為2秒。所有這些實驗開始時有類似的環境溫度（5-15℃）。用數字視頻來記錄實驗現象。一組熱電偶被橫向的安裝在天花板下方并正好在火的上方，離模型隧道的左側開口有2厘米遠。火源和所述側壁（D）之間的距離分別為1，0.75，0.5，0.4，0.3和0.2微米。此外，還有墻的防火測試，池邊緣對立與側壁。在所有試驗中，火源和側壁之間的距離是指池中心和最近的側壁（其實就是左側壁）之間的距離。橫向安裝的熱電偶的位置的詳細說明如表1所示。

其中斜體字母代表的是消防中心正上方的位置。為簡單起見，在以下的部分中，1010表示10厘米×10厘米的池子，以此類推。天花板下兩套間距為30cm的熱電偶分別位于距左側壁0.5米（TC系列A）和1.5米（TC系列B）遠的距離.

所有熱電偶在使用前都在沸水中校準過，由此在實驗測得的溫度的精度誤差小于3%。這些數據全部在準穩態時期收集。每種情況都重復一次。

參考文獻

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