考虑边界层分离的隧道侧向集中排烟有效空间及效率研究

作     者：朱代强 徐湃 蒋树屏 刘奕显 刘灿 ZHU Daiqiang;XU Pai;JIANG Shuping;LIU Yixian;LIU Can

作者机构：重庆交通大学山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆400074 重庆交通大学土木工程学院重庆400074 招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆400067 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2025年第22卷第2期

页      面：817-828页

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52008068) 重庆市研究生科研创新项目(2023B0004) 

主　　题：隧道火灾 侧向集中排烟模式 边界层分离 有效排烟空间 排烟效率 

摘      要：侧向集中排烟模式在隧道火灾排烟系统设计中备受青睐,其应用前景广阔。然而,烟气沿“隧道-排烟口-排烟道流动时将不可避免地发生边界层分离,造成有效排烟空间减小,影响排烟效率。为揭示边界层分离影响下侧向集中排烟有效空间及排烟效率,以某3车道沉管隧道为例,开展不同火源热释放速率下1∶10缩尺模型试验和FDS数值模拟。通过观测分析排烟口及排烟道内3个边界层分离区域,提出考虑边界层分离区体积的有效排烟空间量化方法,量化排烟风量、排烟口宽高比、排烟口布设高度影响下有效排烟空间和排烟效率大小。从单组排烟口与排烟系统2个角度,分析排烟口、排烟道有效排烟空间与排烟效率的关系,得到排烟口与排烟策略的优化设计参数。研究结果表明:排烟口内有效排烟空间与排烟效率受排烟口参数和排烟策略的影响强于排烟道内,且受排烟口参数的影响强于排烟策略;排烟效率不仅与有效排烟空间相关,还与排烟速率密切相关,应重点关注排烟口内边界层分离及排烟速率对排烟效率的影响;火源热释放速率50 MW时,排烟口宽高比2∶1、排烟口布设高度5.75 m、排烟风量360 m~3/s为侧向集中排烟系统优化设计参数。研究成果可为充分挖掘侧向集中排烟潜能提供参考,为实现隧道火灾高效排烟提供依据。