公路隧道火灾横向烟气温度分布的实验研究

姚子昂 包婷婷

摘 要：为了评估隧道火灾中烟雾对天花板的影响，用小型实验对天花板下的烟雾温度进行了实验研究。本研究主要集中在公路隧道火灾横向烟气温度分布，其纵向分布已经进行了广泛的研究。对比较靠近火的横向和纵向烟气温度分布进行进行了比较并且对其差异做了研究。在考虑了火的位置的前提下，建立起了决定天花板下横向烟气温度分布的一个相关。

关键词：隧道；火；烟 ；顶棚射流；温度

1 概述

近年来，灾难性的隧道火灾时有发生，因此越来越多精力被放在隧道火灾防护上。由于隧道的特殊结构，由火灾产生的烟雾和有毒气体 ，如一氧化碳，不会轻易被排出。统计数据显示，大多数在建筑火灾中的死亡是由有毒的烟雾引起的。为了有效地组织消防疏散，指导火灾探测器的安装位置设计和选择热传感器，并充分了解隧道内消防增长的物理性质，应对天花板下的烟流温度分布进行充分调查。

2 实验装置

该实验是在一个小型的公路隧道模型中进行的。在目前情况下，应用了1：6的缩放比例。该隧道长6m，宽2m，高0.88米。该隧道的天花板是由石膏板制成，地板由钢板制成，侧壁由防火玻璃构成。其长宽比是基于在中国北京，南京和深圳的17座公路隧道的调查来确定的。应用弗劳德模型来建立物理比例模型。

火源在自然通风状态下受到了甲醇池火的刺激。使用了九个高度为2厘米面积不同正方形/矩形池。每个实验中的燃料厚度在点火前保持1厘米。该热量释放速率（HRRS）在3.38千瓦和29.57千瓦之间，而在实际隧道的相应值在0.30兆瓦和2.61兆瓦之间。

由于热量从的热烟雾传递到冷的天花板上，最高烟气温度的确切垂直位置离天花板有一小段距离，接近天花板而不是紧紧地固定到天花板表面上。在不同的实验条件下，特别是天花板材料有着各种热特性，导致烟雾的最大温度位置肯定是不同的。然而，应该指出的是，在以往许多对天花板下最高烟气温度的实验中，在没有进行初步实验的情况下，热电偶被任意地安装在天花板以下1，2或5厘米处，来测量所谓的“最大垂直烟雾温度”，这将不能获得非常准确的结果。在本研究中使用的模型隧道的天花板由厚度为8毫米石膏板制成，其散热性能类似于隧道的实际天花板混凝土。在初步实验中，8热电偶安装于隧道天花板下面，热电偶和天花板之间的距离为7-21毫米伴随2毫米的间隔。移动火源来改变火源和热电偶之间的距离。当火源和热电偶之间的距离相对较小（即<0.88米）时，最高烟气温度的位置是在天花板下约13-15毫米。当距离较大（即≥0.88米），垂直温度随热电偶与天花板之间的距离距离的增大上升显著增加，超过15毫米后基本保持不变。因此，所有用来测量最大烟气温度的热电偶都要安装在低于模型隧道天花板15毫米以下。

一种数据采集系统（安捷伦34980A）被用于温度测量，其采样间隔设定为2秒。所有这些实验开始时有类似的环境温度（5-15℃）。用数字视频来记录实验现象。一组热电偶被横向的安装在天花板下方并正好在火的上方，离模型隧道的左侧开口有2厘米远。火源和所述侧壁（D）之间的距离分别为1，0.75，0.5，0.4，0.3和0.2微米。此外，还有墙的防火测试，池边缘对立与侧壁。在所有试验中，火源和侧壁之间的距离是指池中心和最近的侧壁（其实就是左侧壁）之间的距离。横向安装的热电偶的位置的详细说明如表1所示。

其中斜体字母代表的是消防中心正上方的位置。为简单起见，在以下的部分中，1010表示10厘米×10厘米的池子，以此类推。天花板下两套间距为30cm的热电偶分别位于距左侧壁0.5米（TC系列A）和1.5米（TC系列B）远的距离.

所有热电偶在使用前都在沸水中校准过，由此在实验测得的温度的精度误差小于3%。这些数据全部在准稳态时期收集。每种情况都重复一次。

参考文献

[1] Deckers， X.， Haga， S.， Tilley， N.，merci， B.， 2012.Smoke control in case of fire in a large car park： CFD simulations of full-scale configurations.Fire Saf.J.57，22-34.

[2] Ingason， H.， Li， Y.Z.， 2010.model scale tunnel fire tests with longitudinal ventilation.Fire Saf.J.45，371-384.