圖6.1 隧道火災(zāi)與室外火災(zāi)熱反饋

由于熱反饋較大，在室外火災(zāi)中不會被引燃的可燃物在隧道中會劇烈燃燒。

例如，與開放環(huán)境相比，隧道中的火災(zāi)熱釋放速率能增大4倍。此外，可燃物的燃燒使得氧氣不足，火災(zāi)大部分情況下屬于通風(fēng)控制，會產(chǎn)生大量煙氣和未完全燃燒產(chǎn)物。

因此，通風(fēng)是影響火災(zāi)發(fā)展的重要因素，有時會決定火勢的蔓延擴(kuò)大或窒息熄滅。這表明，正確的送風(fēng)方式和時機(jī)，對于控制火災(zāi)發(fā)展和煙氣蔓延十分關(guān)鍵。

在燃料控制的隧道火災(zāi)中，煙氣流動狀態(tài)和煙氣分層程度取決于隧道內(nèi)部的風(fēng)速。

為了便于描述，一般將隧道內(nèi)風(fēng)速劃分三種速度范圍：

（1）無強(qiáng)迫通風(fēng)（低速氣流）：0~1m/s;

（2）中等強(qiáng)迫通風(fēng)：1~3m/s;

（3）高速強(qiáng)迫通風(fēng)：速度大于3m/s。

低風(fēng)速范圍一般是自然通風(fēng)狀態(tài)，煙氣在火源附近形成煙氣層。煙氣在隧道內(nèi)的回流長度相對較長，火源上游和下游兩個方向的煙氣擴(kuò)散距離大致相同，當(dāng)縱向風(fēng)接近1m/s時，回流長度大概是隧道高度的17倍。

中等風(fēng)速下，火源附近的煙氣成層被縱向風(fēng)速強(qiáng)烈影響，回流長度為隧道高度的1~17倍。

強(qiáng)迫通風(fēng)所形成的縱向氣流一般速度較高，這種情況下，火源下風(fēng)方向的煙氣成層程度低。因此，利用排煙裝備形成高速氣流強(qiáng)迫通風(fēng)排煙時，必須要確認(rèn)火災(zāi)下游區(qū)域內(nèi)的人員疏散完畢。否則，煙氣的高度湍流會對下游人員造成巨大威脅。

利用移動裝備對隧道進(jìn)行送風(fēng)排煙時，隧道頂部溫度的縱向分布與煙氣分層有一定的聯(lián)系。

Newman指出，溫度分布和氣體產(chǎn)物以及煙氣分布有一定關(guān)系；Ingason和Persson研究發(fā)現(xiàn)，火源處的煙氣密度和溫度以及氧氣濃度具有相關(guān)性。

因此可以得知溫度分布和煙氣層的分布是相關(guān)的，而溫度分布不僅與風(fēng)速有關(guān)，還與熱釋放速率和隧道高度有關(guān)。

這些參數(shù)通常可以用Froude數(shù)（表征慣性力與煙氣層的浮力之比）和Riehardson數(shù)（表示浮力和慣性力的比值）聯(lián)系起來。

在模擬煙氣流動和傳熱問題之中，F(xiàn)roude數(shù)被廣泛應(yīng)用。Newman根據(jù)Froude數(shù)將溫度分布區(qū)域劃分為三個，見圖6.2。 

區(qū)域一，Froude數(shù)小于0.9，煙氣明顯分層，熱煙氣沿隧道頂部蔓延，而地面附近的氣體溫度接近于環(huán)境溫度。

區(qū)域二，Froude數(shù)在0.9到10之間，這個區(qū)域水平方向的流動和浮力驅(qū)動流動強(qiáng)烈反應(yīng)，盡管沒有很強(qiáng)的煙氣分層，但是在豎向存在溫度梯度，也就是說，通風(fēng)氣流與火羽浮力作用之間有強(qiáng)烈的反應(yīng)。

區(qū)域三，Froude數(shù)大于10，在這個區(qū)域，豎向溫度梯度并不明顯，因此沒有明顯煙氣分層。

陽東等多名學(xué)者在長寬高尺寸為7.5m×1.5m×0.6m的通道試驗(yàn)臺內(nèi)進(jìn)行火災(zāi)實(shí)驗(yàn)，在8 kW ~18 kW的不同火源功率下，得出Froude數(shù)在1.28~2.5之間時，煙氣層出現(xiàn)不穩(wěn)定，煙氣渦旋的破碎導(dǎo)致煙氣向下部空間擴(kuò)散；當(dāng)Fr>2.5時，熱分層的穩(wěn)定性完全破壞，致使火災(zāi)煙顆粒分層狀態(tài)受到破壞，煙顆粒層在縱向厚度上明顯增加。

但是需要說明的是，他的實(shí)驗(yàn)是在縱向通風(fēng)風(fēng)速較小的條件下進(jìn)行的，對于排煙裝備制造的較大風(fēng)速條件下的適用性還有待驗(yàn)證。

在隧道內(nèi)，對于火災(zāi)下游的氣體，若由于縱向風(fēng)的作用，熱煙氣與隧道空氣充分混合，混合氣體的平均溫度、速度、濃度，作為與火源位置距離x的方程，是可以計(jì)算得到的。