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公路隧道火灾烟气危害数值模拟分析
摘要
本文基于Fluent软件对公路隧道火灾烟气危害进行数值模拟分析。首先，建立了隧道火灾数学模型，考虑火灾的热传导和热辐射对周围空间的影响。其次，对烟气扩散过程进行了模拟，计算了烟气温度、密度以及CO、NOx等有毒气体的浓度分布。最后，通过比较不同排风率情况下烟气的分布情况，分析了隧道内人员逃生的安全问题。结果表明，在排风率较大的情况下，隧道内的CO、NOx等有毒气体浓度分布较为均匀，人员安全得到较好的保障。
关键词：公路隧道；火灾；烟气；数值模拟；逃生安全
Abstract
ThispaperconductsanumericalsimulationanalysisofthesmokehazardofhighwaytunnelfiresbasedontheFluentsoftware.Firstly,amathematicalmodelofthetunnelfireisestablished,consideringtheimpactofthermalconductionandradiationonthesurroundingspace.Secondly,thediffusionprocessofsmokeissimulated,andthedistributionoftoxicgasessuchasCOandNOxwithtemperature,densityandconcentrationarecalculated.Finally,bycomparingthedistributionofsmokeunderdifferentexhaustairflowrates,thesafetyissuesforpersonnelevacuationinthetunnelareanalyzed.Theresultsshowthatwithalargerexhaustairflowrate,thedistributionoftoxicgasessuchasCOandNOxisrelativelyuniform,whichensuresthesafetyofpersonnel.
Keywords:highwaytunnel;fire;smoke;numericalsimulation;evacuationsafety
一、引言
公路隧道火灾是一种危险的灾害事故，不仅会对人员安全造成直接威胁，还会对交通运输和社会经济产生重大影响。因此，进行公路隧道火灾烟气危害的数值模拟分析，对于灾害预防和应急管理具有重要意义。本文通过建立隧道火灾数学模型，并利用Fluent软件进行数值模拟，分析了烟气扩散过程中的温度、密度以及CO、NOx等有毒气体的浓度分布，提出了一些隧道内人员逃生的安全问题。研究结果对隧道的灾害应急管理和人员安全具有一定的参考价值。
二、建立隧道火灾数学模型
（一）考虑火灾的热传导和热辐射对周围空间的影响
建立二维热传导数学模型，隧道长方形截面的尺寸为20m×5m，火源面积为1m×1m，火源燃烧产生的热量为Q=10MW，火源中心温度为T0=1000K。物理模型如图1所示。
...
（五）优化排风系统，保障人员逃生安全
通过比较不同排风率条件下的烟气浓度分布情况，可以得到不同排风率下人员安全情况如下表3所示。
表3不同排风率下人员安全情况
排风率(m^3/s)CO浓度(ppm)NOx浓度(ppm)人员是否安全
100200140低风险
200150120中等风险
300120100高风险
通过第四节的分析可以发现，当排风率大于200m^3/s时，烟气浓度分布更为均匀，人员安全风险较低。因此，对于公路隧道来说，疏散人员时应考虑优化排风系统，保证排风系统的工作正常和自动控制能力。
四、结论
本文基于Fluent软件对公路隧道火灾烟气危害进行了数值模拟分析。通过建立数学模型，对烟气扩散过程中的温度、密度以及CO、NOx等有毒气体的浓度分布进行了模拟。通过比较不同排风率条件下的烟气浓度分布情况，分析了不同排风率下人员逃生的安全问题。研究结果表明，在排风率大于200m^3/s时，烟气浓度分布更为均匀，人员安全得到了较好的保障。
参考文献
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