基于Fluent的某隧道排烟设计+文献综述(11)
图 3.8 某隧道截取段体网格的划分
网格划分结束后要开始设定模型的区域类型。区域类型包括边界类型与连续介质类型两种。边界类型的设置是在“Zones”选项下的“Specify Boundary Types”中进行的。将隧道的入口命名为“inflow1”，“Type”定为“Velocity-inlet”即速度入口；隧道的出口命名为“outflow1”，“Type”定为“outflow”即出口；将火源的吹冰个面命名为“inflow2”，“Type”定为“wall”即壁面；将排烟口命名为“outflow2”，“Type”定为“outflow”即出口；最后将隧道内的其他面命名为“wall1”，“Type”定为“wall”即壁面。连续介质的设置是通过“Zones”选项下的“Specify Continuum Types”进行的。将火源命名为“fire source”，“Type”定为“SOLID”即固体；将隧道命名为“tunnel”，“Type”定为“FLUID”即流体。
作为CFD的前处理器，Gambit起到了重要的作用。在Gambit中建立的隧道模型可以直接导入到Fluent中进行数值计算。因而，在Gambit中的各项操作直接影响到数值模拟的结果。
3.3某隧道原通风方案通风效果分析
3.3.1开启两个间距60m排风口通风效果分析
本方案将排烟口间距定为60m，在火源下游处开启两个排烟口，发生火灾事故车辆为一辆公共汽车，见图3.9。
图 3.9 开启间距为60m两个排烟口的隧道模型
该方案模型的网格信息为：含有115449个单元、242538个面和27371个网格节点。在模型设置中将“Solver”的时间项选为定常，启动能量方程，在“Viscous Model”中采用 湍流模型。在材料选项中添加固体类型材料“steel”即载重卡车的壁面材料为钢铁。数值计算过程中考虑重力的作用，所以要选中“Gravity”，对相应的重力加速度项进行设置；然后就是对边界条件的设置。最后，是对解法进行设置，设置结束后即可进行数值计算。Fluent的后处理器能够直观的看到CFD的计算结果。
图 3.10 残差监测曲线
图3.10是该方案的残差监测曲线，经过160步的迭代计算该曲线已达到收敛。该方案的流场速度矢量图，见图3.11。由于入口处纵向通风的速度达到3m/s，因此，速度流场的总体流向都是向着下游方向。比较特殊的是火源右端附近，由于火源的阻挡未受到纵向风速的干扰，其流动速度较慢、流向较无序。火源上方至第一个排烟口的区域内流场的流速最快，沿Z轴负方向既隧道出口方向的第二个排烟口处流场速度也有所增加但没有前面区域增幅快。从这两块区域可知火灾产生的高温烟气大部分都是通过排烟口排出的。
图 3.11 不同区域流场速度矢量图
图3.12是排烟口的速度矢量图，根据该矢量图Fluent可以求出排烟口的平均速度，然后用排烟口平均速度求出总排烟量。
图 3.12 排烟口的速度矢量图
图 3.13 Fluent求解排烟口平均速度 （3.1）
式中： ——总排烟量， ；
——排烟口平均速度，m/s；此处 =5.57m/s；
——排烟口面积， ；
——为排烟口个数。
因此根据式3.1，
已知公共汽车发生火灾产生的烟气量为50m³/s，当发生火灾时，隧道内开启两个排烟口时排出的总烟气量为44.56m³/s小于烟气的生成量。如果在隧道建造时使用此方案，当发生20MW的火灾时，部分烟气将难以从排烟口排出因而沿隧道纵向继续蔓延，这时会使得火源前方向下游方向逃生的人员受到烟气的危害，可能导致窒息死亡事故的发生。