一种隧道纵向大间距点式排烟的设计方法

技术特征：
1.一种隧道纵向大间距点式排烟的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、提出隧道纵向大间距点式排烟模式的概念，采用火源上游侧纵向通风 下游侧精准开启1处纵向间距超过60m排烟口的新型隧道纵向大间距点式排烟模式，排烟口含有多个排烟阀；步骤2、基于人员疏散安全和排烟有效性，构建以烟气蔓延范围、清晰高度处温度、清晰高度下方烟气毒性、清晰高度以上热辐射强度、排烟效率五个指标约束的隧道纵向大间距点式排烟模式的有效性评估模型；步骤3、利用有效性评估模型，基于消防性能化设计思路，确定隧道纵向大间距点式排烟模式优化技术参数，当所有技术参数满足设计要求时，得出最佳通风排烟方案。2.根据权利要求1所述的隧道纵向大间距点式排烟的设计方法，其特征在于，所述步骤2中，有效性评估模型为：式中，l
c60
表示烟气蔓延范围，l表示火源至开启排烟口距离，t
z
表示清晰高度处温度，c
co
表示清晰高度下方烟气毒性，t
i
表示清晰高度以上热辐射强度，η表示排烟效率。3.根据权利要求1所述的隧道纵向大间距点式排烟的设计方法，其特征在于，所述步骤3中技术参数包括：纵向通风风速、最小排烟量、排烟口面积、排烟阀个数、排烟口间距。4.根据权利要求3所述的隧道纵向大间距点式排烟的设计方法，其特征在于，所述纵向通风风速v
s
的计算包括：为抑制烟气逆流发生，需满足火源处断面纵向通风风速v
s
≥临界风速v
c
；选择wu和bakar临界风速计算结果v
c
＝3.67m/s，故得纵向通风风速v
s
≥v
c
＝3.67m/s；wu和bakar提出的临界风速计算公式如下：式中，v
c
表示临界风速，v
″
表示无量纲风速，q
″
表示无量纲火源释放速率，q表示火灾热释放功率，ρ0表示火场远区空气密度，c
p
表示空气定压比热，表示隧道水力直径，t0表示
火场远区空气温度，g表示重力加速度。5.根据权利要求3所述的隧道纵向大间距点式排烟的设计方法，其特征在于，所述最小排烟量v
emin
的估算包括：为将火灾烟气控制在火源与下游排烟口段内，下游重点排烟量v
e
需大于纵向排烟需风量q
req(f)
且不小于烟气生成量v
p
，则排烟系统计算排烟量v
计算
为两者较大值即能将烟气最多限度排出；即纵向大间距点式排烟模式最小排烟量v
emin
≥1.2v
计算
；(1)烟气生成量v
p
：重点排烟量采用轴对称型烟羽流的烟气生成量v
p
；；；式中，m
p
表示羽流质量流量，v
p
表示火灾烟气生成量，q
c
表示火源对流热释放速率，z
l
表示火焰限制高度，z表示燃料面到烟气层底部的高度，ρ0表示环境温度下气体密度，t0表示环境温度，c
p
表示空气的定压比热，t表示烟气平均温度；(2)纵向排烟需风量q
req(f)
：纵向排烟的排烟需风量可按下式计算：q
req(f)
＝a
r
·
v
cr
式中，q
req(f)
表示纵向排烟需风量，a
r
表示隧道净空断面积，v
c
表示临界风速；根据公式计算得到轴对称羽流生成量v
p
＝184.2m3/s，纵向排烟需风量q
req(f)
＝238.6m3/s，即得到计算排烟量v
计算
＝q
req(f)
＝238.6m3/s，故最小设计排烟量v
emin
≥1.2v
计算
＝286.3m3/s，考虑排烟风机转化率影响，取设计排烟量为v
e
＝300m3/s。6.根据权利要求3所述的隧道纵向大间距点式排烟的设计方法，其特征在于，所述排烟口面积s
总
的估算包括：排烟道内的设计风速不宜大于15m/s，排烟口的设计风速不宜大于10m/s，即排烟道内流速u
d
≤15m/s，排烟口流速u
e
≤10m/s；可得s
总
≥v
e
/u
e
＝30m2。7.根据权利要求3所述的隧道纵向大间距点式排烟的设计方法，其特征在于，所述排烟阀个数的确定包括：为防止单个排烟口易吸穿致排烟效率下降，将单个大面积排烟口改为含多个排烟阀的排烟口；
取排烟阀横向长度2.5m、纵向长度1.6m，则其面积s
阀
为4m2，排烟口面积不变，排烟阀个数a＝s
总
/s
阀
≥v
e
/(u
e
s
阀
)＝7.5，即a≥8，a取整数。8.根据权利要求3所述的隧道纵向大间距点式排烟的设计方法，其特征在于，所述排烟口大间距的确定包括：排烟口间距设置需对人行横通道起保护作用，故排烟口最小间距为250m；每个排烟分区的长度不应大于1000m；因此，排烟口大间距设置范围为250m～1000m。9.根据权利要求1-8任一所述的隧道纵向大间距点式排烟的设计方法，其特征在于，还包括对所述设计方法的验证优化，具体为：(1)fds数值模拟部分：建立水下公路隧道模型，排烟口位于隧道顶板，火源设置在两排烟口纵向之间，选择公路隧道火灾最不利情况，设置不同工况来验证隧道纵向大间距点式排烟模式的合理性，突出隧道纵向大间距点式排烟模式以及优化研究隧道纵向大间距点式排烟模式的关键技术参数，包括纵向通风风速、排烟阀个数、排烟口间距，提取计算模拟数据得到各工况参数的趋势和现象；(2)根据有效性评估模型，对步骤(1)中提取到的各工况参数的趋势和现象进行分析对比，探讨不同参数变化对烟气控制和排烟有效的影响，从而验证隧道纵向大间距点式排烟模式的合理性，得到最佳纵向通风风速、排烟阀个数和排烟口间距。

技术总结
本发明公开了一种隧道纵向大间距点式排烟的设计方法，包括：步骤1、提出隧道纵向大间距点式排烟模式的概念，采用火源上游侧纵向通风 下游侧精准开启1处纵向间距超过60m排烟口(含多个排烟阀)的新型纵向大间距点式排烟模式；步骤2、基于人员疏散安全和排烟有效性，构建多指标约束的隧道纵向大间距点式排烟模式的有效性评估模型；步骤3、利用有效性评估模型，基于消防性能化设计思路，确定纵向大间距点式排烟模式优化技术参数，当所有技术参数满足设计要求时，得出最佳通风排烟方案。本发明设计方法简单，评判指标有效，具有更高的火灾安全性，代表未来隧道火灾烟控的新方向，为隧道纵向顶部重点排烟火灾烟气控制及人员疏散安全提供参考依据。安全提供参考依据。安全提供参考依据。


技术研发人员：姜学鹏 张子迪
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/8/4