[发明专利]一种用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法及应用

说明书

本发明涉及一种用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法及应用。所述最高温度预测方法包括：根据隧道坡度确定火灾场景模拟基础设定参数；改变火源位置与变坡点之间的距离，通过火灾动力学模拟软件进行数值模拟计算，获得不同条件下隧道内顶板最高温度值；根据数值模拟实验所得出的最高温度值，确定所述“V”形坡隧道内顶板最高温度变化相关参数及模拟基础参数对隧道温度变化的影响因子；根据所述相关参数及影响因子，构建“V”形坡隧道内顶板最高温度预测模型。本发明适用于不同火源功率、不同火源位置下，不同坡度的V形坡隧道火灾发生时隧道纵向中心线的顶板最高温度预测。

技术领域

本发明涉及隧道火灾防排烟技术领域，具体涉及一种用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法及应用。

背景技术

由于隧道的狭长封闭结构导致隧道内温度快速上升。据事故数据统计表明，烟气是建筑火灾中对人类生命安全威胁最大的因素，而隧道拱顶下方烟气层的温度会影响到钢筋混凝土的力学性能，当隧道温度达到400℃以上，混凝土抗压强度显著下降，混凝土衬砌结构发生开裂、脱落等现象，不仅阻碍救援行动，还会破坏隧道整体结构，带来更严重的事故后果。

现有研究表明，V形隧道内火灾热释放速率、火源位置及纵向通风等因素对隧道火灾最大烟气温度均有影响。

然而对于隧道内交通事故引发的火灾事故，前人的研究多集中在水平隧道或单坡隧道，对双坡耦合隧道的研究是有限的。同时，由于火源位置的变化会导致双坡耦合隧道内产生“烟气竞争”效应，导致隧道内的温度分布规律发生变化。且与单坡隧道相比V形隧道内火源位置变化对隧道火灾烟气运动状况有一定影响，前人提出的最高温度计算公式并不完全适用于V字形隧道。因而，双坡耦合作用下的“V”形坡隧道火灾最高温度预测模型还需进行进一步的研究，“V”形坡隧道火灾最高温度的准确预测能为预防事故损害提供科学依据。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法，旨在搭建双坡耦合作用下的“V”形坡隧道火灾最高温度预测模型。

为实现上述目的，本发明通过技术方案来实现：一种用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法，包括以下具体步骤：

步骤1，“V”形坡隧道内顶板最高温度影响因素的量纲分析：

V形坡隧道内发生火灾时，影响隧道中心线上最大温升ΔT_max的影响因素包括，恒定影响因素：隧道内纵向风速V_t、隧道高度H、火源所在坡度隧道长度L、环境温度T₀、环境空气密度ρ₀、空气比定压热容C_p和重力加速度g，偶发影响因素：火源功率Q、火源与V形坡变坡点的距离l、隧道左侧坡度θ₁及右侧坡度θ₂，V形坡隧道左右两侧坡度相同，即|θ₁|＝|θ₂|＝θ^*，则关系式如下：

ΔT_max＝f(V_t，H，L，Q，T₀，ρ₀，C_p，g，l，θ^*) (6)

从式(6)的11个量中选取V_t、H、L、T_o、ρ₀为基本物理量，根据π定理，可以变为：

f(π₁，π₂，π₃，π₄，π₅，π₆)＝0 (7)

通过量纲分析求解得到以下6个无量纲项：

式(9)可以化为：