水平隧道临界风速研究

1 引言

纵向通风由于采用临界风速设计，具有鲜明的烟雾控制特点，在国内外隧道工程中的应用越来越广泛。

1.1 Kennedy 临界风速[1]

（1）

其中， vc为临界风速，m/s； Qc对流换热量，kW； g为重力加速度，m/s2； 为断面当量直径，m； T是烟气温度，K； T0是周围空气温度，K； ρ0空气密度，kg/m3； cp空气比热，kJ/kg K； kg坡度修正，取1.0（平坡/上坡）或1+0.0374 grade0.8（下坡）。

1.2 Atkinson 实验[2-4]

Oka和Atkinson采用1/10缩尺模型，选择丙烷燃烧源，研究水平隧道烟气运动，得到如下规律：

其中：

式中： kv与燃烧器类型有关，介于0.22～0.38之间。

显然，上述结论与Kennedy风速不一致。 v∝ Q1/3规律仅适于小规模火灾；当火灾强度 Q超过某一临界值，临界风速基本不变。

2 临界风速CFD模拟

2.1 隧道概况

隧道全长8.1公里，双洞单向三车道隧道，衬砌内径13.7m，衬砌外径15m，当量直径 ＝10.64m。

2.2 控制方程的建立

火灾是一个涉及紊流、燃烧、传热的多相流动过程。模选择浮力修正 模型、六通量模型及EDM模型，建立控制方程组如下：

（3）

变量 、输运系数 、源项 及参数见表1、表2。

表1 控制方程及变量参数表

ui	μ
k	μ/σk
ε	μ/σε
H	μ/σh
mfu	μ/σfu	-Rfu
mox	μ/σox	-4Rfu
	1/(a+s)
1	0	0

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