高速铁路隧道救援站火灾烟气控制现状

目前，国内外关于隧道火灾的研究主要集中在火灾通风、烟气特性及控制和数值计算方法等3个方面。

1.5.2.1　隧道火灾通风

隧道火灾通风研究主要包括临界风速、回流长度和限制风速等方面。Thomas[18，19]是最早研究纵向通风临界风速的学者之一，他提出烟气流动特征取决于Froude数，他认为当Froude数等于1时，浮力与流动惯性力相当，此时烟气无回流。Danziger和Kennedy[20]依据Thomas理论与试验数据确定Froude数为4.5。Bettis[21，22]依据一项大尺寸隧道火灾试验研究发现，在低火灾强度下，隧道临界风速与火灾强度成1/3次方关系，但当火灾强度很大时，隧道临界风速在很大范围内几乎与火灾强度无关。Oka和Atkinson[23]以缩尺比例隧道模型进行试验，通过研究表明在热释放速率一定的情况下，临界风速为定值，与火源强度无关。Wu和Bakar[24]对不同截面的隧道进行了试验，将隧道水力直径作为特征尺寸，并将热释放速率和临界风速无量纲化处理后，得到不同隧道尺寸临界风速的结果可近似用一简单的公式表达。胡隆华[13]通过开展全尺寸试验，完善了隧道火灾抑制烟气逆流的临界风速等研究。陈霖[25]通过引入列车阻塞以及疏散门开启因素的影响，提出了可应用于地铁隧道防排烟系统设计的临界风速模型。

在回流长度和限制风速方面，周延[26]在一个长9 m，断面尺寸为30 cm×30 cm的巷道中模拟火灾试验，拟合结果表明无量纲回流长度随火源放热率与巷道风速的比值增大近似成指数规律增大。Cordier[27]采用数值模拟方法研究隧道火灾回流长度，结果表明：回流长度与Richardson数成0.3次方关系。周庆等[28]通过FDS数值模拟和缩尺寸模型试验分析，得出在统一坡度下，纵向通风速率与回流长度近似成线性关系，当坡度为零时，抑制烟气回流所需临界风速较大。李颖臻[29]对纵向通风隧道内临界风速与回流长度进行量纲分析，得到临界风速与回流长度的计算公式：当火灾热释放速率较小时，两者均与热释放速率相关；当火灾热释放速率较大时，两者基本与火灾热释放速率无关。

1.5.2.2　隧道火灾烟气特性及控制(www.xing528.com)

Drysdale等[30]针对伦敦金十字地铁火灾建立11∶模型，结果表明沟槽效应产生的火焰加速蔓延现象是造成金十字地铁火灾伤亡惨重的重要原因；赵明桥[31]采用FDS对区间隧道既有火灾烟气控制规律进行研究，在隧道内采用纵向通风（2 m/s）控制列车中部火灾烟气时，无法保证下风侧乘客疏散安全；李湘蕾[32]应用STAR-CD软件模拟地铁列车顶部着火继续运动的情况，分析运行速度与烟气流动特征及温度分布，提出着火列车在隧道内继续运行的速度为40 km/h；吴显超[33]使用ANSYS CFX软件研究地铁隧道中的活塞风，用STEPS软件模拟火灾时人员疏散情况，通过分析得到活塞风对烟气蔓延和纵向排烟系统有显著的影响[33]。

1.5.2.3　隧道火灾数值计算方法

Woodburn等[34，35]采用FLOW3D模拟英国巴克斯顿隧道纵向通风下的火灾工况，并与隧道内的火灾试验测量数据作了对比分析，研究分为火源附近区域和火源下游区域两部分考虑，在火源附近区域，测量结果对采用的湍流模型以及燃料的热释放速率等影响因素十分敏感，在火源下游区域则是采用的湍流模型以及下游边界位置对结果影响大；张会冰[36]基于FDS火灾模拟软件，对比分析了不同壁面边界条件对烟气蔓延、烟气参数以及壁面温度、壁面与烟流间的换热量等因素的影响；Gao[37]用大涡模拟方法研究纵向通风隧道内火灾烟气流动的特性，他在研究中将大涡模拟的结果与采用RANS方法的标准k-ε模型结果作了对比分析，在预测温度分布、火焰形状和烟气流动等简单问题时，LES和RANS方法都能得到较好的预测结果，但预测烟气回流等复杂问题时，LES得到的结果较RANS更加准确；康恒[38]运用数值计算的方法研究火源面积大小及火源位置的不同对重载铁路隧道内、洞口处温度场分布的影响，结果表明FDS软件对小火源面积隧道火灾模拟结果较为精确，对于火源面积较大的通风控制型隧道火灾模拟结果存在较大误差。