隧道火灾烟雾控制策略优化：基于数值模拟与实验研究的通风系统效能提升

（编辑推荐）本研究通过CFD数值模拟、田口方法（Taguchi method）与1:20缩尺实验，系统评估了点式排烟（point-extraction）与纵向通风（longitudinal ventilation）系统在隧道火灾中的协同效能。研究发现热释放率（HRR）对临界排烟速率贡献率达96.95%，并提出非对称风机配置（如上游0.23 m3/s+下游0.11 m3/s）可显著抑制回流（backflow）和溢流（overflow），为隧道安全设计提供实证依据。

　　

Highlight

本研究通过计算流体力学（CFD）、田口方法分析与缩尺实验，系统评估了点式排烟系统在不同隧道火灾场景下的表现：

关键发现

• HRR的支配性：田口方法与方差分析（ANOVA）显示，热释放率（HRR）对临界排烟速率的贡献高达96.95%，远超隧道长度（0.47%）和风机配置（2.58%）的影响。因此，控制燃料负载（即最大HRR）是优化排烟效率的核心。

缩尺实验验证

非对称风机配置（如上风速0.23 m³/s+下风速0.11 m³/s）可实现最佳控烟效果：

• •

  回流距离仅0.2米

• •

  溢流范围0.2米

• •

  排烟速率降低至0.17 m³/s

结论

当火源距排烟口＞24米时，上游风速需＞下游；火源＜19.5米时则相反。该策略为隧道通风系统设计提供了动态优化方案。

Conclusions

结合CFD、田口方法与实验，本研究提出：

1. 1.

   HRR优先：需通过燃料管理控制HRR

2. 2.

   非对称配置：45/30 m/s或30/15 m/s的风速组合可平衡回流抑制与排烟效率

3. 3.

   火源距离适配：通风设计必须考虑火源与排烟口的动态位置关系