新世纪以来,交通运输行业事业随着我国经济体量的增长得到了迅速的发展。隧道在山区、过江、跨海等公路以及铁路运输中发挥着越来越重要的作用。随之带来的是隧道安全运营问题不可忽视,由于隧道是一种狭长和相对封闭的空间结构,一旦隧道发生火灾事故,容易造成大量的人员伤亡以及严重的财产损失后果。隧道内纵向通风系统在控制烟羽流蔓延、维持隧道内应急通风排烟环境方面具有重要作用。本文主要针对纵向通风隧道内车厢火灾溢出行为及其阻塞情况下烟气演化机制开展深究。首先将从隧道内车厢内部发生初期火灾作为研究的起点,通过理论分析、缩尺寸隧道火灾实验相结合的方法,研究了纵向通风隧道内车厢火灾溢流时临界态特征、火焰形态参数以及车辆阻塞下的隧道内烟气层厚度演化特征;弄清和揭示了纵向通风隧道内车辆初期火灾燃烧和烟气运动特征,对于隧道内防排烟设计提供理论参考。本文主要研究内容如下:本文首先通过实验开展了纵向风作用下不同车厢开口下车厢溢流临界态特征行为研究。研究发现,车厢腔室内的温度随着火源功率的增加先增大后减小,最后保持不变。同时临界溢出所需的火源功率随着隧道内车厢开口通风因子的增加而增大,随着纵向风速的增大而减小。建立了它们之间的无量纲演化关系模型,且该模型的相关性较好。其次,通过实验和理论分析揭示了不同纵向风作用下隧道内车厢溢出火焰高度以及溢出火焰水平长度的演化机制。研究发现,在相同车厢开口通风因子下,车厢溢出火焰高度随着隧道内纵向风的增大先增大后保持不变,火焰水平拓展长度随着纵向风的增大先增大后减小,最后随着车厢开口外部溢流火焰的吹熄,火焰高度以及火焰水平长度都减小为零。本文基于物理模型,给出了适用于车厢溢流条件下的Froude数表达式,根据隧道内纵向通风惯性力和车厢火灾溢流的燃烧热浮力之间耦合竞争机制,量化表征了纵向通风隧道内车厢溢出火焰高度、火焰水平长度演化特征,呈现分段函数变化关系;最终建立了纵向通风隧道内车厢溢流火焰高度、车厢溢流火焰水平长度与Froude数之间的无量纲关系表述模型。最后开展了纵向通风隧道内不同车辆阻塞距离情况下的一维羽流区域内烟气层厚度演化特征的研究。研究发现,在车辆阻塞距离不变时,隧道内烟气层厚度随纵向风速度的增加而减小。纵向风不变时,烟气层厚度随阻塞距离的增加而减小。