我国山岭众多，隧道数量多、里程长。隧道交通量大，火灾风险高；并且其构型狭长，通风受限，一旦发生火灾则热量无法及时发散，同时不完全燃烧会产生众多有毒有害烟气。研究发现，隧道火灾之所以会造成车辆与隧洞损毁、人员群死群伤的严重后果，很大程度上归因于火灾造成的高温环境与燃烧带来的有毒浓烟。因此扑灭或控制隧道火灾，控制高温有害烟气，对隧道消防安全至关重要。
　　水雾段系统是将若干排细水雾喷头形成的水雾区段作为分隔装置，以一定的间隔安装在隧道中的系统。水雾段系统利用细水雾卓越的吸热性能降低隧道环境温度，但并不将其直接作用于火源；同时对流动的热烟气进行阻挡，将烟气限制在一定范围内，从而减缓人员受到高温与烟气的侵害。本文通过以下四个部分对水雾段系统的阻烟隔热特性进行研究。
　　第一部分为实验部分。本研究中搭建了1/3尺寸隧道模型，通过改变火源功率、喷水压力、喷头排数、通风条件等，观察实验条件对水雾段系统阻烟隔热有效性的影响。本文基于自然通风条件下水雾段系统的表现，并与前人实验数据作对比，提出判定水雾段系统阻烟隔热效果的无量纲数——RM。RM表示水雾段动量与烟气动量的比值，RM越大表示水雾段系统的阻烟隔热效果越好。
　　第二部分为基于CFD场模拟方法的实验场景重现。本模拟依据实验平台设计中的参数及实验结果中的数据，在FDS软件中建立隧道模型，还原边界条件，并选取关键参数进行敏感性分析，探究了自然通风工况下火源功率、喷水压力与喷头开启排数对水雾段系统阻烟隔热效果的影响。本模拟通过重现实验场景检验了模拟软件运算结果的有效性；并确保了下文第四部分全尺寸模拟中参数选取的正确性；同时利用FDS模拟软件的优势，观测到在实验中不便观测的温度场和流场分布。
　　第三部分为理论分析部分。基于前人探索的烟气沉降机理，本研究做出了如下两方面延伸：一是考虑烟气在水平方向的运动；二是考虑烟气总动量会随时间不断增加。本研究通过对烟气颗粒的力学分析与烟气整体的动量分析，探求水雾段系统的阻烟过程，推导出持续产烟情况下有效阻烟的水雾段临界长度理论预测模型。该理论预测模型可以求解出不同总动量的烟气在水平方向的速度随水雾段作用长度的变化规律，从而预测可以阻挡不同总动量烟气的水雾段临界长度，并对水雾段系统无法永久性阻烟的物理现象进行量化解释。
　　第四部分是基于CFD全尺寸模拟的模型验证与应用研究。首先利用第二部分中经过验证的CFD模型对持续产烟情况下有效阻烟的水雾段临界长度理论预测模型进行验证，证明了理论模型的可靠性。同时求解出水雾段系统阻烟时间与无量纲数RM的函数关系，从而进一步求解出水雾段系统恰好阻烟的临界无量纲数RMC。然后基于实际工程应用场景，利用临界无量纲数RMC设计工程中常用火源功率30MW下恰好能阻烟的水雾段系统，进行CFD全尺寸模拟。发现火源功率30MW下恰好能阻烟的水雾段系统与对应半横向排烟系统(排烟量120m3/s)联用时，可以体现良好的阻烟隔热特性，并对优化火源功率100MW下火场环境起到重要作用，不仅可以降低环境温度，还可以将烟气阻挡在两个水雾段之间的范围内。
　　综上所述，本文针对水雾段系统在隧道中的阻烟隔热效果开展了实验、理论及数值模拟相结合的研究。首先通过实验研究，得到对水雾段系统表现有重要影响的参数，并基于水雾颗粒与烟气的动量比，提出了表征水雾段系统阻烟隔热特性的无量纲数；其次建立了持续产烟条件下有效阻烟的水雾段临界长度理论预测模型，并基于该模型给出水雾段临界阻烟的无量纲数；最后针对水雾段系统阻烟的局限性，通过模拟研究对改进措施的效果进行了验证。
　　研究表明，水雾段系统能够有效改善隧道内温度及烟气环境。虽然单独使用水雾段系统不能永久性阻烟，但若与半横向排烟系统联用，不仅可以有效降低环境温度，更可以限制大规模火灾中的烟气蔓延范围，对提升隧道安全性能具有重要作用。