[發(fā)明專利]一種單洞雙線隧道協(xié)同作用的煙氣控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110947472.8
• 申請(qǐng)日: 2021-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN113756855A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜學(xué)鵬;王美娜;車輪飛;萬娟;陳玉遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢科技大學(xué)
• 主分類號(hào): E21F1/00
• 分類號(hào): E21F1/00;E21F1/08;G06F30/18
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所(普通合伙) 42001
• 代理人: 龐寬

1.一種單洞雙線隧道協(xié)同作用的煙氣控制方法，所述單洞雙線隧道包括列車停靠側(cè)的事故隧道，和人員疏散側(cè)的非事故隧道，連通事故隧道和非事故隧道的聯(lián)絡(luò)通道，其特征在于，在事故隧道內(nèi)的列車著火后，事故隧道的A側(cè)車站的風(fēng)機(jī)向區(qū)間隧道內(nèi)送風(fēng)，事故隧道的B側(cè)車站的風(fēng)機(jī)對(duì)區(qū)間隧道進(jìn)行排煙，人員通過中隔墻處的聯(lián)絡(luò)通道疏散至非事故隧道，非事故隧道兩側(cè)車站的風(fēng)機(jī)同時(shí)向區(qū)間隧道內(nèi)送風(fēng)，使從聯(lián)絡(luò)通道向事故隧道流動(dòng)的風(fēng)速大于臨界風(fēng)速v_c，所述A側(cè)車站為事故隧道內(nèi)列車未著火的一端，所述B側(cè)車站為事故隧道內(nèi)列車著火的一端；

其中C_p為空氣定壓比熱、T₀為空氣溫度、g為重力加速度、H_D為隧道水力直徑、V為事故隧道側(cè)縱向風(fēng)速、Q為火災(zāi)熱釋放率、L為火源距聯(lián)絡(luò)通道的距離，ρ₀為空氣密度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述事故隧道側(cè)縱向風(fēng)速V：Q_e為隧道豎井有效風(fēng)量，β為事故隧道停放列車后的阻塞比，S為事故隧道的截面積，

3.如權(quán)利要求1所述的方法中臨界風(fēng)速v_c的計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：確定隧道火災(zāi)場景下臨界風(fēng)速v_c的影響因素，建立所述臨界風(fēng)速v_c與所述影響因素的關(guān)系式：f(v_c，V,Q,ρ₀,C_P,T₀,g,H_D，L)＝0；

S2：根據(jù)所述影響因素的單位確定基本量綱，將所述影響因素由所述基本量綱表示，建立所述臨界風(fēng)速v_c與所述影響因素的量綱關(guān)系式；

所述步驟S2中，所述基本量綱包括質(zhì)量M、時(shí)間t、長度L、溫度T，基本量綱數(shù)η為4；

所述步驟S2中，所述臨界風(fēng)速v_c與所述影響因素的關(guān)系式為：f(Lt^-1,Lt^-1,ML²t^-3,ML^-3,L²t^-2T^-1,T,Lt^-2,L,L)＝0；

S3：確定所述影響因素的基本物理量，根據(jù)π定理得到所述影響因素的無量綱參數(shù)數(shù)為n-η＝5，再根據(jù)π定理中循環(huán)量的選取原則，選取5個(gè)循環(huán)量，用這5個(gè)循環(huán)量與其它n-η個(gè)物理參數(shù)中的其它所有參數(shù)依次組合成無量綱參數(shù)Π₁、Π₂、Π₃、∏₄、∏₅，將所述步驟S2中的所述關(guān)系式轉(zhuǎn)變?yōu)闊o量綱關(guān)系式，再獲得所述臨界風(fēng)速v_c的無量綱計(jì)算公式；

所述步驟S3中，所述影響因素的無量綱參數(shù)∏₁、∏₂、∏₃、∏₄、Π₅為：

所述臨界風(fēng)速v_c的無量綱計(jì)算公式為：

其中v^*_c為無量綱臨界風(fēng)速，V^*為無量綱事故隧道側(cè)縱向風(fēng)速，Q^*為無量綱火災(zāi)熱釋放率，L^*為無量綱火源距聯(lián)絡(luò)通道的距離；

S3.FDS數(shù)值模擬測量聯(lián)絡(luò)通道臨界風(fēng)速：建立1:3縮尺的單洞雙線隧道幾何模型，設(shè)置汽油燃燒為火源，火源位于地鐵列車車廂內(nèi)部的中心線上，為穩(wěn)態(tài)火或t平方火，在縮尺幾何模型內(nèi)沿頂壁的縱長方向上均勻間隔設(shè)有多個(gè)溫度測點(diǎn)，測量臨界風(fēng)速v_c的影響因素，在縮尺幾何模型的一處斷面設(shè)置有多個(gè)流速測點(diǎn)，測量臨界風(fēng)速v_c，設(shè)置不同的火源熱釋放速率Q、火源距聯(lián)絡(luò)通道距離、事故隧道縱向風(fēng)速初始值，火災(zāi)增長速率0.04689kW/s²，并在該火災(zāi)條件下逐漸降低縱向風(fēng)速的大小，在數(shù)值模擬時(shí)臨界風(fēng)速v_c通過逆流長度外推法確定：通過事故隧道頂板設(shè)置的溫度測點(diǎn)獲得頂板處溫度分布情況以得到事故隧道內(nèi)煙氣的逆流長度，根據(jù)逆流長度外推可得逆流長度為0m時(shí)的聯(lián)絡(luò)通道送風(fēng)風(fēng)速，即聯(lián)絡(luò)通道臨界風(fēng)速v_c；

S4.實(shí)體驗(yàn)證：建立與步驟S3相同的1:3縮尺單洞雙線隧道的火災(zāi)隧道模型中，制造火源，按步驟S3的相同參數(shù)設(shè)置不同的火源熱釋放速率Q、火源距聯(lián)絡(luò)通道距離、事故隧道縱向風(fēng)速初始值，并在該火災(zāi)條件下逐漸降低縱向風(fēng)速的大小，直至肉眼觀察煙氣恰好不侵入聯(lián)絡(luò)通道時(shí)，在此時(shí)測量出聯(lián)絡(luò)通道臨界風(fēng)速；

S6.將實(shí)體驗(yàn)證和FDS數(shù)值模擬的結(jié)果繪制散點(diǎn)圖，若實(shí)體驗(yàn)證的聯(lián)絡(luò)通道臨界風(fēng)速的趨勢曲線與FDS數(shù)值模擬的聯(lián)絡(luò)通道臨界風(fēng)速的趨勢曲線接近，則以FDS數(shù)值模擬的聯(lián)絡(luò)通道臨界風(fēng)速作為待擬合臨界風(fēng)速數(shù)據(jù)；

S7.運(yùn)用數(shù)據(jù)擬合方法擬合待擬合臨界風(fēng)速數(shù)據(jù)，確定隧道事故隧道側(cè)縱向風(fēng)速V、火源熱釋放速率Q和火源距聯(lián)絡(luò)通道距離L單獨(dú)作為變量時(shí)與聯(lián)絡(luò)通道臨界風(fēng)速的未知系數(shù)k₂、k₃、k₄，再運(yùn)用數(shù)據(jù)擬合方法，確定隧道事故隧道側(cè)縱向風(fēng)速V、火源熱釋放速率Q和火源距聯(lián)絡(luò)通道距離L一起作為變量時(shí)與聯(lián)絡(luò)通道臨界風(fēng)速的未知系數(shù)k₁，得到無量綱影響因素對(duì)無量綱聯(lián)絡(luò)通道臨界風(fēng)速之間的關(guān)系函數(shù)曲線。

4.如權(quán)利要求2所述的方法中事故隧道側(cè)隧道豎井有效風(fēng)量的計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

R1：確定豎井送風(fēng)有效風(fēng)量Q_e的影響因素，建立所述豎井送風(fēng)有效風(fēng)量Q_e與所述影響因素的關(guān)系式：f(Q,L^h,β,Q_s,ρ₀,c_p,T₀,g,H_D)＝0，其中L^h為火源到豎井的距離；

R2：根據(jù)所述影響因素的單位確定基本量綱，將所述影響因素由所述基本量綱表示，建立豎井送風(fēng)有效風(fēng)量Q_e與所述影響因素的量綱關(guān)系式；

所述步驟R2中，所述基本量綱包括質(zhì)量M、時(shí)間t、長度L、溫度T，基本量綱數(shù)η為4；

所述步驟R2中，所述臨界風(fēng)速v_c與所述影響因素的關(guān)系式為：f(ML²t^-3，L，1，L³t^-1，ML^-3，L²t^-2T^-1，T，Lt^-2，L)＝0

R3：確定所述影響因素的基本物理量，根據(jù)π定理得到所述影響因素的無量綱參數(shù)數(shù)為n-η＝5，再根據(jù)π定理中循環(huán)量的選取原則，選取5個(gè)循環(huán)量，用這5個(gè)循環(huán)量與其它n-η個(gè)物理參數(shù)中的其它所有參數(shù)依次組合成無量綱參數(shù)П₁、П₂、П₃、П₄、П₅，將所述步驟S2中的所述關(guān)系式轉(zhuǎn)變?yōu)闊o量綱關(guān)系式，再獲得所述豎井送風(fēng)有效風(fēng)量Q_e的無量綱計(jì)算公式；

所述步驟R3中，所述影響因素的無量綱參數(shù)П₁、∏₂、∏₃、∏₄、∏₅為：

所述豎井送風(fēng)有效風(fēng)量Q_e的無量綱計(jì)算公式為：

其中，Q_e^*表示無量綱豎井送風(fēng)有效風(fēng)量，Q^*為無量綱火源功率、L^h*為無量綱火源距豎井距離、Q_s^*為無量綱豎井送風(fēng)量；

R4：在隧道的火災(zāi)隧道模型中，制造火源，火源熱釋放速率為5～15MW，火源尺寸為長6m×寬2m，火災(zāi)增長速率0.04689kW/s²，區(qū)間上游豎井風(fēng)機(jī)送風(fēng)、下游豎井風(fēng)機(jī)排煙，在火災(zāi)隧道模型中依次以隧道阻塞比β、火源熱釋放速率Q、豎井送風(fēng)量Q_s、火源距豎井距離L^h中一個(gè)為影響因素變量，另三個(gè)影響因素為恒量模擬火災(zāi)，并測量出列車下游的有效風(fēng)量Q_e，運(yùn)用數(shù)據(jù)擬合方法，確定火源熱釋放速率Q、火源距豎井距離L^h和隧道阻塞比β、豎井送風(fēng)量Q_s單獨(dú)作為變量時(shí)與有效風(fēng)量Q_e的擬合關(guān)系及擬合系數(shù)，再運(yùn)用數(shù)據(jù)擬合方法，確定火源熱釋放速率Q、火源距豎井距離L^h和隧道阻塞比β、豎井送風(fēng)量Q_s一起作為變量時(shí)與有效風(fēng)量Q_e的擬合關(guān)系和擬合系數(shù)，得到無量綱影響因素對(duì)無量綱豎井送風(fēng)有效風(fēng)量Q_e之間的關(guān)系函數(shù)曲線。