摘 要

高速公路隧道的修建是为了给交通量大的交通网络减轻压力、提高运输速度和能力的。专用于汽车高速行驶，且其交通量大，所以对高速公路隧道的修建要求很高，这可减少事故，满足现代对公路修建技术较高的要求，符合现在社会发展的步伐。

本次火灾模拟是以某城市长隧道为研究对象，基于火灾中流体运动为主要模拟对象的计算流体动力学软件，研究隧道火灾在不同位置起火及不同火焰强度时烟气的流动情况和温度的分布，并在此基础上分析研究人员的安全疏散，确定最优的疏散路线和最合理的消防系统的设置。

在数值模拟的基础上可知，隧道火灾的蔓延速度较快，在长隧道中温度、烟气蔓延都极大影响了人员疏散和救援。同时，隧道内设置通风排烟设备可以有效阻止烟气回流，使在火灾中可以在隧道中提供一定范围的安全区。

关键词：公路隧道 烟气蔓延 安全疏散

Numerical Analysis of a Highway Tunnel Fire Based on FDS

Abstract

The highway tunnel was built to relieve pressure and increase transportation speed and capacity for a traffic network with a large traffic volume. It is specially used for high-speed driving of automobiles, and its traffic volume is large. Therefore, the construction of expressway tunnels is very demanding, which can reduce accidents and meet the high requirements of modern highway construction technology, which is in line with the current social development.

This fire simulation is based on the Tunnel. The computational fluid dynamics software based on the fluid motion in the fire is used to study the flow and temperature of the flue gas when the tunnel fire is fired at different locations and different flame intensities. Distribution, and on this basis, analyze the safety evacuation of researchers, determine the optimal evacuation route and the most reasonable setting of the fire protection system.

On the basis of numerical simulation, it can be seen that the tunnel fire spreads faster, and the temperature and smoke spread in the long tunnel greatly affect the evacuation and rescue of personnel. At the same time, the ventilation and smoke exhausting equipment in the tunnel can effectively prevent the flue gas from flowing back, so that a certain range of safety zones can be provided in the tunnel in the fire.

Keywords: Road tunnel; Smoke flow; Safe evacuation

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 概论 1

1.1研究背景介绍 1

1.1.1背景 1

1.1.2研究意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3工程概况与实验研究内容 2

第二章 隧道防火设计 3

2.1隧道火灾概述 3

2.1.1起火原因 3

2.1.2火灾特点 3

2.2隧道消防设计 3

2.2.1隧道报警系统设计 3

2.2.2隧道排烟系统设计 4

2.2.3隧道灭火系统设计 5

第三章 隧道火灾模拟设计 7

3.1模拟软件概论 7

3.1.1FDS简介 7

3.1.2FDS软件在此工程应用 7

3.2隧道模型建立 7

3.3不同隧道火灾场景设计 8

3.3.1不同火灾场景 8

3.3.2火灾规模 8

第四章 火灾各场景模拟结果分析 10

4.1 模拟结果 10

4.1.1 长隧道入口处起火 10

4.1.2 长隧道中间起火 13

4.2 结果分析 15

第五章 疏散模拟 17

5.1 人员安全疏散概述 17

5.1.1 安全疏散 17

5.1.2 隧道安全疏散 17

5.2 人员安全疏散 18

5.2.1 疏散安全指标 18

5.2.2 疏散分析 19

5.3 隧道安全疏散运作模式 19

第六章 总结 20

参考文献 22

致谢 23

第一章 概论

1.1研究背景介绍

1.1.1背景

在过去几十年里，对基础设施的需求增多，已有的隧道流量增多，新建的隧道为容纳更大车流量和减少更多的出行时间，比以往建立的更加复杂，随之而来的是隧道安全的问题。由于隧道的相对封闭性，使得隧道的安全不能得以保证。通过国内外大量的相关资料统计，公路隧道发生火灾的概率是铁路隧道的二十多倍。如何对具有结构复杂、火灾危险大等特点的公路隧道的有效合理防火与排烟设计是我们现在和将来所研究的重要方向。在过去的几十年里，隧道火灾显示出巨大的风险和不可控，导致了重大伤亡和经济损失。因此，隧道防火安全的设计已经成为影响隧道设计的一个关键因素。隧道火灾有许多关键特征，如HRR的峰值、温度分布、产生的烟雾等。为解决安全问题，必须要完全理解隧道结构、通风系统及其相互关系。

1.1.2研究意义

对隧道火灾的特征数值进行分析，可以比较清楚的认识火灾规模、发展方向以及最终结果。在对火灾进行分析的同时，我们对隧道火灾就有了进一步的了解，在未来的隧道设计中就可以做到有的放矢，对防火救灾有一定的帮助。在我国这样一个多山的国家，隧道的建设是国家发展的必由之路，所以对隧道火灾的分析可将对我国隧道建设提供指导思想与建设思路。

1.2国内外研究现状

为更符合实际情况，在模拟烟气、温度等基础上，还有对堵塞情况下隧道的火灾工况做出了研究。对于隧道火灾的温度分布，通过大量的实验与数据的研究显示，数值模拟的结果与实际实验的结果基本一致，表现出了模拟的可行性。长隧道火灾中，毒烟雾造成了大量的人员伤亡，实验证明，毒烟雾的产量与不同情境下的热释放速率有关，烟气的危害不仅仅只是一氧化碳的作用，而是整个混合产物的共同作用，并伴有缺氧现象[2]。

针对隧道火灾，研究人员主要的研究手段是研究总结大量文献以及通过实体实验、模型实验和数值模拟等方法。在隧道火灾问题刚被提出时，通常处理隧道火灾的方法是排出烟气。在研究的几十年里，实际中有着机械通风、横向通风的隧道相继投入建设。这本身存在着安全问题，到了二十一世纪，越来越多的被动结构保护和喷水设计被用来减少火灾带来的影响。2007年伯恩利隧道火灾中，喷水系统控制住了火灾隐患，证明了喷水系统在隧道中的有效性。在隧道火灾研究中，开创性的使用CFD（计算流体动力学），研究烟雾控制以及相应火灾载荷下的隧道结构。随着互联网和计算机的发展，模拟实验得到了重视并被发展，FDS软件的使用使得火灾研究更加便捷。

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