D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2004.02.002 第26卷第2期 北京科技大学学报 VoL.26 No.2 2004年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2004 平巷烟流滚退逆行规律 周心权王海燕赵红泽 中国矿业大学（北京校区），北京100083 摘要运用环境流体力学及传热学的相关理论，研究了水平巷道火灾烟流滚退规律，通过 对滚退烟流与巷壁间的热交换过程分析，得出了滚退发生时烟流逆行距离的函数表达式，并 对其进行简化以便于实际应用、 关键词矿井火灾；烟流滚退；逆行距离 分类号TD752.1 烟流滚退是矿井火灾时期常见的、危害严重 的推力而发生弯曲，不再是垂向轴对称，因而应 的风流紊乱现象之一，其表现形式为在火源下风 视为横流中的浮羽流.当发生烟流滚退时，风流 侧节流效应和巷道断面温度、压力梯度影响下， 速度较低，并且受巷道顶板的限制，羽流撞击顶 新鲜风流沿巷道底部按原风向流入火源的同时， 板前的弯曲程度较小，因而可将撞击顶板前的火 火源产生的烟流沿上风侧巷道顶部逆向回退并 烟羽流视为近区流动.利用环境流体力学理论， 翻卷流向火源.烟流滚退会导致火源上风侧烟流 对火烟羽流可建立起以下几个量纲为1的关系 与新鲜风流摻混后，再逆流回火源，从而对火源 式B,利 上风侧从事直接灭火的人员构成威胁，并且在一 体积流量： Q=kB。nz (1) 定的条件下诱发瓦斯爆炸.因此，掌握烟流滚退 轴线密度差： =k2|三 (2) △p W2霜z知 发生的规律，对矿井火灾救灾安全具有重要的意 浮羽流半径厚度： b=kaz (3) 义，烟流滚退的重要特征就是产生逆流层，因而 羽流断面密度差分布： 逆流层的长度，即烟流滚退逆行距离对火灾安全 p(z,r）=△p.eiv (4) 亦具有重要意义.本文在文献[3]的基础上，对 平巷烟流滚退规律及其逆行距离进行了研究， 式中，4为风流速度，m/s:m为特征尺度，2。=圆， m:B,为羽流的起始浮力通量，B。=Q△pagp,m/s: 1火烟羽流模型 为羽流的起始流量，ms;△p为羽流的起始密 度差，△p,=p一p,kgm;p为羽流的起始密度，kg 在火灾过程中，由于燃烧产物和邻近火源的 m':p,为风流密度，kgm;△pm为羽流的轴线密度 气体受热而体积膨胀，密度减少，相对于周围气 差，△pm=Pm一pa,kgm;pm为羽流的轴线密度，kg 体来说出现局部的密度差，从而产生重力差，即 m;z为羽流轴向坐标，即距火源点的垂直距离， 浮力作用和压强梯度，促使受热气流和燃烧产物 m:r为羽流径向坐标，m:k,k,为实验系数：2为 上升，并在上升过程中卷吸周围气体共同前进， 略大于1的系数. 形成气体流动.这种气体流动常呈现羽状，称为 火烟浮羽流.在静止的环境中，火烟羽流通常呈 2滚退烟流与巷壁之间的热交换 现垂向轴对称的几何性质，矿并火灾时期，由于 有风流的存在，从火源升起的火烟羽流受到风流 高温烟流由火源点生成后，会在浮升力的作 用下向上运动.在这一过程中由于卷吸作用会与 收稿日期200305-04周心权男，58岁，教授，博士生导师 周围气体发生摻混，因而是个传质传热过程.由 *国家"十五”科技攻关项目专题No.2001BA803B0416)第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 平巷烟流滚退逆行规律 周 心 权 王 海燕 赵 红 泽 中国矿业大 学 北 京校 区 ， 北京 摘 要 运用 环 境流 体力 学及传 热 学 的相 关理 论 ， 研 究 了水 平 巷道 火灾烟 流滚退 规律 ， 通过 对 滚退烟流 与巷壁 间 的热 交换过 程分 析 ， 得 出 了滚退 发生 时烟 流逆 行 距 离 的 函数表达式 ， 并 对 其进 行 简化 以便 于 实际应用 关键 词 矿 井火灾 烟 流 滚退 逆 行 距 离 分类号 烟流滚 退 是矿 井 火 灾 时期 常 见 的 、 危 害严 重 的风 流紊 乱现象之 一 其表 现 形 式 为在 火源 下 风 侧 节 流 效 应和 巷 道 断 面温 度 、 压 力梯 度 影 响 下 ， 新鲜 风 流沿巷 道底 部按原风 向流入 火 源 的 同时 ， 火 源 产 生 的烟 流 沿 上 风 侧 巷 道 顶 部 逆 向回 退 并 翻卷 流 向火源 烟 流滚退 会 导致火源 上 风 侧 烟流 与新 鲜 风 流 掺 混 后 ， 再逆 流 回火源 ， 从 而 对 火源 上 风侧 从事直 接灭 火 的人 员构成 威胁 ， 并且 在一 定 的条件 下 诱发 瓦斯 爆 炸 因此 ， 掌握烟 流 滚退 发 生 的规律 ， 对矿 井 火灾 救 灾 安全 具有 重 要 的意 义 烟 流滚 退 的重 要特 征 就 是产 生逆 流 层 ， 因而 逆 流层 的长 度 ， 即烟 流滚 退 逆 行距 离对 火 灾 安全 亦 具 有重 要 意 义 ‘ ， 本 文 在 文 献 」的基 础 上 ， 对 平 巷烟 流 滚退 规 律及 其逆 行 距 离进 行 了研 究 ， 的推 力而 发 生 弯 曲 ， 不 再 是垂 向轴对 称 ， 因而 应 视 为横 流 中 的浮 羽 流 ， 当发 生 烟 流 滚 退 时 ， 风 流 速度 较低 ， 并 且 受 巷 道顶 板 的 限制 ， 羽 流撞击 顶 板 前的弯 曲程度 较 小 ， 因 而 可 将撞 击 顶 板前的火 烟羽 流视 为近 区流动‘ 利用 环境流 体力学理 论 ， 对 火烟 羽 流 可 建 立 起 以下 几 个 量 纲 为 的关 系 式 ， 。 体积 流 量 二 七夙 丫 轴线 密 度 基 镖 一 、 聂图 一们 浮 羽 流 半径 厚 度 几 羽 流 断面 密 度 差 分布 如， 一 如 希 式 中 ， 为风流 速 度 ， 耐 几 为特 征 尺度 ，几 皿之 ’ 火 烟 羽 流模 型 在火灾过程 中 ， 由于 燃 烧 产物和 邻 近 火源 的 气 体 受 热 而 体积 膨 胀 ， 密 度减 少 ， 相 对 于 周 围气 体 来 说 出现 局 部 的密 度 差 ， 从 而 产 生 重 力 差 ， 即 浮 力作用 和 压 强梯 度 ， 促 使 受 热 气 流和 燃烧 产 物 上升 ， 并在 上 升 过 程 中卷 吸 周 围气 体共 同前 进 ， 形 成 气 体流 动 这种 气 体流 动 常 呈 现 羽 状 ， 称 为 火烟 浮羽 流 在 静 止 的环 境 中 ， 火烟 羽 流 通 常 呈 现 垂 向轴对 称 的 几 何 性质 矿 井火 灾 时期 ， 由于 有风 流 的存在 ， 从 火源 升起 的火烟羽 流 受 到风 流 收稿 日期 刁 一 周 心 权 男 ， 岁 ，教授 ， 博 士 生 导师 国家 “ 十五 ” 科技攻关项 目专题 困 为羽 流 的起 始浮 力通量 ， 如 。 加 。 ， ， 为羽 流 的起 始流 量 ， 如 。 为羽 流 的起始密 度 差 ， 却 。 二 。一 。 夕 加 两 为羽 流 的起 始密度 ， 坷 耐 。 为风 流 密 度 ， 吨 ‘ 如 、 为羽 流 的轴 线密 度 差 ， 如 ， 二 一 。 ， 。 为羽 流 的轴 线密 度 ， 耐 为羽 流 轴 向坐 标 ， 即距 火源 点 的垂 直距 离 ， 为羽 流 径 向坐 标 ， ， 从 ， 丸为 实验 系 数 义为 略 大 于 的系数 滚 退 烟 流 与巷 壁 之 间的热交换 高温 烟 流 由火源 点生 成 后 ， 会在浮 升 力 的作 用 下 向上运 动 在这 一 过程 中 由于卷 吸作用会 与 周 围气 体 发 生 掺混 ， 因而 是 个传 质传热过 程 ， 由 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．02．002