近些年,随着世界各国交通事业的不断发展,特长公路隧道数量及里程不断增长,隧道火灾事故也频繁发生,良好的通风排烟系统对保证隧道正常交通运营及面临特殊情况时人员安全有着十分重要的意义。特长公路隧道内发生重大火灾事故后,隧道内部烟气及热量的迅速积聚对人员安全及社会经济造成的影响是无法计量的,研究火灾烟气扩散规律,控制火灾烟气流动范围成为隧道通风系统的首要问题。本次研究工作主要从实际应用角度出发,以隧道火灾烟气扩散及响应管控措施期间烟气控制等方向为切入点,对火灾烟气浓度及气流组织运动规律进行研究。据国内外隧道火灾案例及现场调查情况,对火灾发生时火灾热释放率、烟气成分及产生量、火灾温度、隧道通风参数等进行搜集;根据公路隧道设计规范、公路隧道通风设计细则结合实际情况建立物理模型,确定数值理论模型的控制方程;最后对数值模拟结果分析后可知:通过改变隧道内起火点位置、横通道与隧道夹角对分离式隧道内火灾烟气扩散进行模拟:从左至右改变起火点位置,横通道分流作用力逐渐降低,在交叉口烟气聚集现象逐渐得到缓和。交叉口处烟气聚集情况:左侧＞中间＞右侧;事故隧道烟气逆流程度:中间＞左侧＞右侧。横通道内平均温度大小:左侧＞中间＞右侧;事故隧道内CO扩散区域大小:右侧＞中间＞左侧。随着横通道与事故隧道夹角逐渐减小,在交叉口处顶部温度峰值逐渐降低,伴随着横通道分流作用越大,隧道内火灾烟气进入横通道内烟气量更多,导致横通道内温度越高。隧道内烟气层高度:45°＞60°＞90°;横通道内烟气浓度随着夹角角度降低而增大,CO在横通道内蔓延距离及平均浓度:45°＞60°＞90°;在事故隧道内蔓延距离及平均浓度90°＞60°＞45°。响应火灾通风管控措施后,改变风机速度及安装角度、排风量、排风孔分布、排风口速度等参数对烟气控制进行模拟可知:风机射流速越大,其作用范围越大,隧道内火灾烟气平均浓度越低;但当V=35.5m/s时,Y=2m以下空间内烟气浓度上升,不利于人员逃生,综合认为V=30.2 m/s时排烟效果更优。在一定范围内增大风机安装倾斜角度可提升隧道内排烟效率,但倾斜角度持续增长会使得射流风作用力受阻,隧道内火灾烟气及CO浓度不降反增;安装角度为3°时排烟效果更优。主风道的排风量越大,隧道两端流入的低温空气越多,流速越大,在与火灾烟气形成反向流的剪切作用下,烟气蔓延范围缩小,排烟效果:160 m~3/s＞120 m~3/s＞80 m~3/s。排风孔条件改变会导致主风道下方出现气流速度波动,改变烟气层厚度及排风孔处气流速度,排烟效果:双排1.5m×4m＞双排2.45m×2.45m＞单排6m×1m。在排烟口负压作用下在隧道中心对称面上烟气扩散在周期范围内按照一定规律进行波动变化,风速越大,在隧道中心对称面上烟气扩散波动周期越长,隧道内排烟效果更优。最后基于正交方案设计及极差分析确定了隧道火灾通风优化方案:方案二排烟效果更优。其指标的因素影响主次顺序依次为:风机射流速度＞排风口速度＞风机倾斜角度,优组合为a3b1c3:风机射流风速为35.5m/s、安装角度为0°,排风口速度20m/s。