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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:劉家宏
研究生(外文):LIU, JIA-HONG
論文名稱:撒水之水滴粒徑於隧道火場對煙氣流影響之研究
論文名稱(外文):A Study of the Effects Sprinkler Water Droplet Sizes on Smoke Flow in a Tunnel Fire
指導教授:蔡尤溪蔡尤溪引用關係
指導教授(外文):CHUAH, YEW-KHOY
口試委員:楊安石雷明遠
口試委員(外文):YANG, AN-SHIKLEI, MING-YUAN
口試日期:2019-01-21
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:能源與冷凍空調工程系
學門:工程學門
學類:其他工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:102
中文關鍵詞:自動撒水細水霧水滴粒徑中線直徑隧道火災FDS
外文關鍵詞:Automatice sprinkle equipmentWater mistDroplet sizeMedium volumetric droplet diameterTunnel fireFDS
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本研究針對自動撒水滅火系統之不同的粒徑大小(≤1000μm)及不同流量 (80LPM及160LPM),探討20MW隧道火場內無外風場之煙氣流變化情形。建立整體的隧道3D模型;包含火源、隧道結構、自動滅火系統等,使用三維計算流體力學軟體程式FDS為分析工具進行模擬。火災發生位置以隧道中央進行模擬,而模擬情境採不受戶外風及排煙系統影響情境進行模擬。依照模擬結果進行分析、檢討固定流量下不同粒徑之水滴對煙層影響,作為火場策略之考量。
本研究使用火災模擬軟體FDS並採用log-normal、Rosin-Rammler分佈現象結合撒水頭液滴粒徑分佈對於隧道火災之火源抑制及熱煙擴散現象。考量撒水頭之參數有(1).撒水量(流量) (2).中線直徑來判定是否對火源抑制有影響效果,分別以火源熱釋放率曲線圖、火源溫度切片、流場速度向量、煙層粒子可視化圖及火場可見度呈現比較。於結果得知,在撒水流量較大時,火源抑制及降溫速度越快,較利於人員逃生。而於定流量時,撒水粒徑越小越不易滅火,並使火場可見度降低。由於隧道為一高危險之密閉空間,搶救及逃生不易,前期若能以自動滅火系統迅速將火源撲滅,避免長時間燃燒導致結構坍塌,可確保人員生命安全及降低經濟損失。

In this research, the different droplet size (≤1000μm) and different flow rates (80LPM and 160LPM) of the automatic sprinkler system were used to investigate the change of the smoke flow in the 20MW tunnel fire without wind field. Establish a whole tunnel 3D model; including fire source, tunnel structure, automatic fire sprinkler system, etc. The three dimensional computer models were built using Fire Dynamic Simulation. The fire is simulated in the center of the tunnel, while the situation is simulated without the influence of the wind and smoke exhaust system. According to the simulation results, the effects of water droplets with different sizes on the smoke flow are reviewed and considered as fire field strategies.
This research applies FDS and adopts log-normal and Rosin-Rammler distribution in combination with the droplet size distribution to suppress the fire of the tunnel fire and the diffusion of smoke. And considers the parameters as following: (1). Volume flow rate (2). medium volumetric droplet diameter. As a result ,when the water flow rate is large, the fire suppression and cooling faster, which is more conducive to personnel escape. When the flow rate is fixed, the smaller particle size is harmful for fire suppression,and make low visibility. Because the tunnel is a high-risk space, it is not easy to rescue and escape. If the automatic sprinkler system can be quickly extinguished in the early stage, avoiding long-term combustion and causing structural collapse, it can ensure the safety of personnel and reduce economic losses.

目 錄

摘 要 i
目 錄 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究方法與研究流程 6
第二章 公路隧道消防相關法規及設備比較 7
2.1 國內外相關法規、標準、安裝案例、設備比較 7
2.1.1 國內相關法規 7
2.1.2 國內法規、標準與準則 7
2.1.3 自動消防設備功能差異比較 8
2.1.4 國外公路隧道自動消防設備安裝案例 10
2.2 公路隧道火源設計與規模 11
2.2.1 火源設計 11
2.2.2 火源規模 14
2.3 自動撒水設備 14
2.3.1撒水設備類型與特性 15
2.3.2撒水頭種類 16
第三章 電腦數值模擬與FDS程式說明 18
3.1 電腦數值模擬方法 18
3.2 電腦數值模擬區劃 19
3.3 FDS程式說明 20
3.4 FDS統御方程式 22
第四章 撒水液滴粒徑 24
4.1撒水模式分析 24
4.1.1液滴尺寸分佈 24
4.1.2水滴在空氣中移動軌跡 26
4.1.3水滴質量能量轉換 26
4.2撒水頭參數 28
第五章 案例分析 29
5.1 火災模擬分析 29
5.1.1 火源設計、模擬設定 29
5.1.2 模擬情境分析 32
5.2模擬結果 33
5.2.1火源熱釋放率(HRR) 33
5.2.2火場溫度 35
5.2.3流場速度向量 51
5.2.4煙層粒子與撒水粒子 67
5.2.5火場可見度 83
第六章 結論 99
6.1結論 99
參考文獻 100



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