用理论分析、数值及实验模拟的方法,研究水平及倾斜隧道上、下行通风时烟流滚退的发生机理和条件,探求烟流逆流层的长度及厚度的计算方法,研究实际火灾过程中火灾强度等不易确定的参数合理可行的估算方法;推导上行风流火灾中并联旁侧支路风流逆转次序的无量纲判定准则,并用实验加以检验;研究水平网络火灾中旁侧支路风流的变化规律,通过实验模拟验证作为旁侧支路的非角联支路中发生风流逆转的可能性。以上研究成果有助于完善隧道及矿井网络火灾的理论体系,为提高隧道及矿井网络火灾时期救灾和避灾人员的预警能力及改善矿井或隧道抗灾通风的设计提供理论支持,为研究新的隧道及矿井网络火灾灾变通风控制技术提供必要的理论储备。
隧道网络广泛存在于现代社会,隧道火灾是公共安全的重大威胁。本项目研究了隧道火灾中有关烟流逆向流动的若干热物理问题。⑴ 将火区阻力概括为摩擦阻力和加速阻力两部分,建立了水平隧道火区阻力计算模型,表明火区较短时,其阻力将以加速阻力为主。⑵ 建立了一个用于计算烟气逆流层临界风速的新模型,表明在无量纲火源释热速率Q*=0.24时,无量纲临界风速u*最大;当Q*足够大时,u*趋于与Q*无关。⑶ 对4组来自不同研究者的实验数据进行了综合分析,总结出3条烟气逆流层长度变化规律的定性描述,并提出了一个新的经验公式,该公式与实验结果的符合程度明显优于已知的经验公式。⑷ 通过计算机模拟,发现了并联旁侧支路可以在不同时刻发生风流逆转的特殊现象,并总结出了一个用以判定风流逆转次序的无量纲准则- - ξ准则;依据网络流动模型和1维非稳态运动方程,给出了ξ准则的数学证明,揭示了它的物理意义;通过小尺度模型实验,进一步证实了ξ准则的合理性。⑸ 通过理论分析和计算机模拟表明当水平角联网络的进风侧发生火灾时,回风侧非角联旁侧支路确实有可能发生风流逆转。上述研究成果,充实了隧道火灾理论体系,对隧道火灾防治具有重要意义。