应用Fluent的UDF二次开发对某隧道安全通风进行设计(10)
即，该特长公路隧道需要设置机械通风。
依据上述要求，在特长公路隧道内设置射流风机，公路隧道中部利用拱顶的富余空间建造排烟风道，排烟道下方每隔一段距离设有一个规格为2m×2m排烟口。在隧道两端附近分别设置风塔，在风塔内配置排风机与排烟专用的大型轴流风机。风机通过风口、风道与隧道相连接。
该特长公路隧道的通风方式采用射流风机诱导型纵向通风加重点排烟的通风方式[21]。该特长公路隧道在正常运营期间利用的是车流进入隧道时产生的活塞风；当隧道处于阻塞或火灾工况时，通过开启射流风机进行补风，同时开启排烟口将隧道内的污染气体及时的排出。
3.2 计算模型的建立
3.2.1 参数的假定
假定在特长公路隧道的下行线管段正常运营时发生一起车辆火灾，火源距离隧道入口1000m左右。
本文所设计的公路隧道为特长公路隧道，为了便于研究，我选取双管隧道的下行线管段，然后截取该单管中部260m的长度进行火灾时公路隧道纵向通风数值模拟的研究。公路隧道内火灾的规模与发生事故车辆的类型相关，根据UPTUN隧道项目推荐值[22]，见表3.1。依据表3.1假设该特长公路隧道内发生火灾的车辆为载重卡车，热释放速率达到50MW，火源的尺寸为6.0m×2.8m×3.0m，火源距离所截取管段入口的50m处。参照表3.2可知载重卡车一旦发生火灾其最高温度可达1000℃～1200℃，根据表3.3可知载重卡车火灾产生的烟气量为80m³/s。
表3.1 UPTUN隧道项目推荐值[22]
车辆类型 数量 热释放速率（HRR） 火源尺寸（m×m×m）
小汽车 1 5MW 4.0×2.0×1.5
小型货车 1 10MW 4.0×2.0×2.0
公共汽车 1 20MW 8.0×2.8×3.0
载重卡车 1 50MW 6.0×2.8×3.0
表3.2 车辆类型与燃烧产生的热量[23]
车辆类型 最高温度/℃ 最大热量释放率/MW
轿车 400～500 3～5
公共汽车或有轨车辆 700～800 15～20
大货车或油罐车 1000～1200 50～100
火车车厢 800～900 15～20
表3.3 PIARC不同火灾场景推荐参数 [24]
客车 3辆客车 中巴/大巴 重型货车 汽油油罐车
烟气流量/（m³/s） 20 30 50 80 200～300
依据上述假定当特长公路隧道内发生规模为50MW的火灾时，开启射流风机进行纵向通风，同时排烟口也被启动将隧道内烟气通过烟道排出。根据《公路隧道通风照明设计规范》第3.9.2条火灾时排烟风速可按2m/s～3m/s取值[20]。由于特长公路隧道内的火灾规模为50MW，因而，将纵向风速定为3m/s。假定隧道内火灾处于稳态情况。
依据《流体力学泵与风机》[25]可按以下公式进行流体流态的判定：
式中：v为空气的流速，d为隧道的直径， 为空气的运动粘度。
所以，隧道内火灾时的空气流动为湍流。
初始条件：特长公路隧道内的温度为25℃，隧道出入口相对压力为0Pa，隧道内空气的密度为1.205kg/m³。
3.2.2 建立计算模型
开始数值模拟研究前的第一步要建立特长公路隧道截取段的计算模型。本文所设计的特长公路隧道全长8.9km，隧道中部的长度为7.5km，该隧道为双管隧道，每管单行3车道。该特长公路隧道每管内径为13.46m，车道净高5.2m。