1.计算工况
本节主要研究取消排烟道，完全纵向排烟时，隧道内温度场、烟气流动、有毒气体浓度分布特性及隧道内能见度等。为了研究在相同火灾规模的情况下，纵向风速对烟气流动的控制效果，以及相同风速下，火灾规模对排烟效果的影响，将三种火灾规模(5 MW，20 MW，50 MW)与三种纵向风速(1.0 m/s，2.0 m/s，3.0 m/s)组合成9种模拟工况，见表4.6。模拟计算每30 s保存一次数据。
表4.6 计算工况表
2.计算结果及分析
参考世界道路协会关于火灾时隧道内温度、能见度和CO 浓度的允许值，并与距离车道面2 m 高度的计算结果进行比较，对隧道内疏散救援环境进行评价。评价指标的允许值见表4.4。
工况1分析：火源上游，2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，且温度始终低于30℃。CO 浓度全过程没有超过225 mg/L；消光系数(LEC)最大值为0.5，低于规定的0.8，能见度始终满足大于10 m 的要求。对于较小规模的火灾(5 MW)，比较低的纵向风速即能控制烟气不向上游蔓延。
工况2分析：火源上游，2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，且温度始终在20℃附近，温度上升不明显。CO 浓度、消光系数(LEC)的值均非常小，远低于规定的限值，能见度始终满足大于10 m 的要求。对于较小规模的火灾(5 MW)，纵向风速提高，使得烟气向下游蔓延，上游疏散救援环境较好。
工况3分析：与工况2相似，火源上游，2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，且温度始终在20℃附近，温度上升不明显。CO 浓度、消光系数(LEC)的值均非常小，远低于规定的限值，能见度始终满足大于10 m 的要求。对于较小规模的火灾(5 MW)，较大的纵向风速使得烟气向下游蔓延，上游疏散救援环境较好。
工况4分析：火源上游，2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，但远离火源50 m 的范围内，温度均超过318 K(45℃)。当人处于温度超过318K 的环境中，便会出现疼痛，皮肤和呼吸系统受到热损伤，出现一度烧伤。CO 浓度全过程没有超过225 mg/L。消光系数(LEC)在480 s时已超过0.8，能见度始终不能满足大于10 m 的要求。对于中等规模的火灾(20 MW)，比较低的纵向风速(1 m/s)不能保证上游的疏散救援环境。
工况5分析：火源上游，2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，且温度始终低于30℃。CO 浓度全过程没有超过225 mg/L；消光系数(LEC)均低于规定的0.8，能见度始终满足大于10 m 的要求。对于中等规模的火灾(20 MW)，纵向风速提高(2.0 m/s)，使得烟气向下游蔓延，上游疏散救援环境较好。
工况6分析：与工况5相似，火源上游，2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，且温度始终在300 K 附近，温度上升不高。CO 浓度、消光系数(LEC)的值均非常小，远低于规定的限值，能见度始终满足大于10 m 的要求。对于中等规模的火灾(20 MW)，较大的纵向风速(3 m/s)，使得烟气向下游蔓延，上游疏散救援环境较好。
工况7分析：火源上游，2 m 纵截面上与火源相距75 md的范围内，温度大于80℃，靠近火源区域的温度均大于100℃。CO 浓度全过程没有超过225 mg/L；消光系数(LEC)在300 s时已经超过0.8，即不能满足能见度大于10 m 的要求。对于较大规模的火灾(50 MW)，比较低的纵向风速不能控制烟气向下游蔓延。
工况8分析：火源上游，2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，且温度始终上升约20℃。CO 浓度全过程没有超过225 mg/L；消光系数(LEC)均低于规定的0.8，能见度始终满足大于10 m 的要求。对于较大规模的火灾(50 MW)，纵向风速提高(2.0 m/s)，使得烟气向下游蔓延，上游疏散救援环境较好。
工况9分析：与工况8相似，火源上游，2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，且温度始终在300 K 附近，温度上升不高。CO 浓度、消光系数(LEC)的值均非常小，远低于规定的限值，能见度始终满足大于10 m 的要求。对于较大规模的火灾(50 MW)，较大的纵向风速(3 m/s)使得烟气向下游蔓延，上游疏散救援环境较好。
对于小规模的火灾(5 MW)，1 m/s的纵向风度即能够保证上游的疏散救援环境，各个评价指标都小于规定的允许值；但是对于中等规模(20 MW)和较大规模的火灾(50 MW)，1 m/s的纵向风速无法控制烟气向下游流动，烟气回流严重，导致上游疏散救援环境无法满足要求，特别是能见度无法满足要求。
各个工况不同时间点(60 s，180 s，300 s，480 s，600 s，780 s，900 s)距离行车路面2 m高度处隧道轴线上温度场沿隧道长度方向的分布规律如图4.30—图4.38所示。有害气体和烟雾浓度的变化曲线类似于温度场。
图4.30 工况1不同时间点2 m 高度处温度沿隧道长度方向的分布图(www.xing528.com)
图4.31 工况2不同时间点2 m 高度处温度沿隧道长度方向的分布图
3.小结
图4.32 工况3不同时间点2 m 高度处温度沿隧道长度方向的分布图
图4.33 工况4不同时间点2 m 高度处温度沿隧道长度方向的分布图
图4.34 工况5不同时间点2 m 高度处温度沿隧道长度方向的分布图
图4.35 工况6不同时间点2 m 高度处温度沿隧道长度方向的分布图
图4.36 工况7不同时间点2 m 高度处温度沿隧道长度方向的分布图
图4.37 工况8不同时间点2 m 高度处温度沿隧道长度方向的分布图
图4.38 工况9不同时间点2 m 高度处温度沿隧道长度方向的分布图
对于小规模的火灾(5 MW)，1 m/s的纵向风速即能保证上游的疏散救援环境，火源上游2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，且温度始终低于30℃，CO 浓度全过程没有超过225 mg/L，消光系数(LEC)最大值为0.5，低于规定的0.8，能见度始终满足大于10 m 的要求，各个评价指标都小于规定的允许值。但是对于中等规模(20 MW)和较大规模的火灾(50 MW)，1 m/s的纵向风度无法控制烟气向下游流动，烟气回流严重，导致上游疏散救援环境无法满足要求，特别是能见度无法满足要求；2.0 m/s的纵向风速即能保证上游的疏散救援环境，火源上游2 m 纵截面上没有温度大于80℃的区段，且温度始终上升约20℃，CO浓度全过程没有超过225 mg/L，消光系数(LEC)均低于规定的0.8，能见度始终满足大于10 m 的要求，各个评价指标都小于规定的允许值。
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