CN113094935A - 一种用于“v”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法及应用。所述最高温度预测方法包括：根据隧道坡度确定火灾场景模拟基础设定参数；改变火源位置与变坡点之间的距离，通过火灾动力学模拟软件进行数值模拟计算，获得不同条件下隧道内顶板最高温度值；根据数值模拟实验所得出的最高温度值，确定所述“V”形坡隧道内顶板最高温度变化相关参数及模拟基础参数对隧道温度变化的影响因子；根据所述相关参数及影响因子，构建“V”形坡隧道内顶板最高温度预测模型。本发明适用于不同火源功率、不同火源位置下，不同坡度的V形坡隧道火灾发生时隧道纵向中心线的顶板最高温度预测。

Description

一种用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法及应用

技术领域

本发明涉及隧道火灾防排烟技术领域，具体涉及一种用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法及应用。

背景技术

由于隧道的狭长封闭结构导致隧道内温度快速上升。据事故数据统计表明，烟气是建筑火灾中对人类生命安全威胁最大的因素，而隧道拱顶下方烟气层的温度会影响到钢筋混凝土的力学性能，当隧道温度达到400℃以上，混凝土抗压强度显著下降，混凝土衬砌结构发生开裂、脱落等现象，不仅阻碍救援行动，还会破坏隧道整体结构，带来更严重的事故后果。

现有研究表明，V形隧道内火灾热释放速率、火源位置及纵向通风等因素对隧道火灾最大烟气温度均有影响。

然而对于隧道内交通事故引发的火灾事故，前人的研究多集中在水平隧道或单坡隧道，对双坡耦合隧道的研究是有限的。同时，由于火源位置的变化会导致双坡耦合隧道内产生“烟气竞争”效应，导致隧道内的温度分布规律发生变化。且与单坡隧道相比V形隧道内火源位置变化对隧道火灾烟气运动状况有一定影响，前人提出的最高温度计算公式并不完全适用于V字形隧道。因而，双坡耦合作用下的“V”形坡隧道火灾最高温度预测模型还需进行进一步的研究，“V”形坡隧道火灾最高温度的准确预测能为预防事故损害提供科学依据。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法，旨在搭建双坡耦合作用下的“V”形坡隧道火灾最高温度预测模型。

为实现上述目的，本发明通过技术方案来实现：一种用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法，包括以下具体步骤：

步骤1，“V”形坡隧道内顶板最高温度影响因素的量纲分析：

V形坡隧道内发生火灾时，影响隧道中心线上最大温升ΔT_max的影响因素包括，恒定影响因素：隧道内纵向风速V_t、隧道高度H、火源所在坡度隧道长度L、环境温度T₀、环境空气密度ρ₀、空气比定压热容C_p和重力加速度g，偶发影响因素：火源功率Q、火源与V形坡变坡点的距离l、隧道左侧坡度θ₁及右侧坡度θ₂，V形坡隧道左右两侧坡度相同，即|θ₁|＝|θ₂|＝θ^*，则关系式如下：

ΔT_max＝f(V_t，H，L，Q，T₀，ρ₀，C_p，g，l，θ^*) (6)

从式(6)的11个量中选取V_t、H、L、T_o、ρ₀为基本物理量，根据π定理，可以变为：

f(π₁，π₂，π₃，π₄，π₅，π₆)＝0 (7)

通过量纲分析求解得到以下6个无量纲项：

式(9)可以化为：

ΔT_max/T₀＝f(Q^*，l/L，θ^*) (11)

式(11)包括无量纲影响因素：无量纲隧道内最大温升ΔT_max/T₀、无量纲火源功率Q^*、无量纲火源位置l/L、隧道坡度θ^*，隧道内最高温度T_max＝ΔT_max+T₀；

步骤2，确定模拟火灾场景的基础设定参数，基础设定参数是与经步骤1的量纲分析得到的无量纲项相关的偶发影响因素：隧道坡度θ^*、火源位置l和火源功率Q；

步骤3，以步骤2选取的偶发影响因素作为变量使用FDS软件设置多种隧道模型的燃烧工况，并给FDS软件设置网格尺寸；

所述隧道模型是“V”形隧道，“V”形隧道为两端隧道对称布置并且自然通风的隧道，采用混凝土材质，隧道模型还包括参数：隧道模型总长L，隧道横断面宽度、高度H，燃烧工况是不同偶发影响因素组合后的多种工况，所述隧道坡度θ^*表示隧道的水平方向变化距离与其垂直方向变化距离的比值，隧道坡度θ^*的范围设定为5％-15％，所述火源位置l表示隧道中心线上稳态火源与变坡点之间的距离，火源位置l与“V”型坡单侧隧道长度L的比值l/L为无量纲参数，所述火源功率Q的范围设定为5-10MW；

步骤4，在步骤3设置的各种燃烧工况中，选取不同火源功率和各隧道坡度θ^*的组合，每种组合中改变火源与变坡点之间的距离l，通过火灾动力学模拟软件FDS进行各燃烧工况的隧道中心线上温度T的数据模拟计算，提取出各燃烧模型中燃烧过程为准稳态时隧道中心线上最大温度T_max，将各燃烧工况中得到的隧道中心线上最大温度T_max转换为步骤1得到的无量纲隧道内最大温升ΔT_max ^*，

获得不同火源功率条件下各隧道坡度θ对应的无量纲隧道内最大温升ΔT_max ^*与l/L的关系曲线，根据该关系曲线的形态，可知该曲线对应指数函数模型，得到拟合方程：

其中A和B是拟合系数；

步骤5，根据步骤4获得的拟合系数A和B的数据集，根据所述基础设定参数与拟合系数A和B的关系曲线，得到拟合系数A与隧道坡度θ^*和火源功率Q的关系，和拟合系数B与隧道坡度θ^*的关系：

A＝f(Q^*，θ^*) (15)

B＝f(θ^*) (16)；

由已知的水平隧道中隧道顶板最高温度与火源功率关系，拟合各种隧道坡度θ^*下，拟合系数A与火源功率Q之间的相关性，并使用幂函数公式进行数据拟合，得到多条拟合曲线，每条拟合曲线均由下式表达

A＝a·Q^*b (17)；

将幂指数b取为不同隧道坡度θ^*时各拟合曲线幂指数的平均值b’，修正式(17)，由式(15)和式(17)的修正式可得A·Q^*-b‘＝f(θ^*) (19)；

按式(19)拟合各隧道坡度θ^*与修正后的A值之间的关系曲线，得到A·Q^*-b’＝d·θ^*c(20)，d、c为常数；

通过将无量纲火源功率Q*项从等式左侧移到右侧，可以将式(20)写为：

A＝d·θ^*cQ^*-b′ (21)；

根据式(16)，拟合拟合系数B与隧道坡度θ^*的关系曲线，得到

B＝h+g·θ^*(22)，h、g为常数；

将式(21)、式(22)代入式(14)，整合后得出：

优选地，步骤3和步骤4之间还包括：

步骤3.1，FDS软件进行燃烧模拟前以火源特征直径D^*为参照进行网格划分，网格尺寸δx设置为1/16D*～1/4D*，

式中，D^*为火源特征直径；Q为火源功率；T₀为环境温度；ρ₀为空气密度，取ρ₀＝1.2kg/m³；c_p为空气的定压热容c_p＝1.02kJ/(kg·K)；g为重力加速度，g＝9.81m/s²；

步骤3.2，采用步骤3.1计算得到的不同网格尺寸分别作为FDS软件的最小计算单元，利用FDS软件在隧道模型中，以一种隧道坡度θ^*、火源功率Q、火源位置l作为计算条件，计算得到不同网格尺寸对应的火源位置l处的竖向温度分布曲线，选取重合度高的多条竖向温度分布曲线中的网格尺寸的最大值作为待验证网格尺寸；

步骤3.3，采用待验证网格尺寸作为FDS软件第最小计算单元，利用FDS软件在隧道模型中对步骤3选取的一种燃烧工况进行模拟，得到顶板最高温度模拟数据，使用现有的坡度隧道火灾中温度顶板最高温度预测模型对相同燃烧工况进行模拟得到预测值，将预测值与模拟数据进行对比，若两种数据吻合，则确定待验证网格尺寸作为FDS软件的最小计算单元。

进一步地，所述网格尺寸为0.25m。

进一步地，所述隧道模型总长600m，隧道横断面宽12m、高5m。

进一步地，所述“V”形坡隧道内顶板最高温度预测模型为：

进一步地，上述方法得到的“V”形坡隧道内顶板最高温度预测模型应用于坡度范围为5％～15％，及火源功率范围为5～10MW的“V”形坡隧道内顶板最高温度值预测。

有益效果

本发明是一种用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法，综合考虑了双坡耦合隧道的特殊性，确定了火源功率Q、隧道坡度及火源位置对隧道内烟气温度的影响，适用于多种不同坡度、不同火源功率及不同火灾位置下的“V”形坡隧道内顶板最高温度预测。通过火灾模拟软件仿真模拟实验发现，最高温度数值与模型预测值吻合度较高，验证了此预测模型的科学性与准确性，补充了前人隧道火灾研究中未考虑的“V”形坡隧道情况，完善了坡度隧道内顶板最高温度的预测公式。

附图说明

表1为本发明中的数值模拟工况汇总表；

图1为本发明用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法的流程图；

图2为本发明中的“V”形坡隧道火灾数值模拟示意图；

图3为本发明中5MW火源功率下隧道火源位置变化时顶板最大无量纲温升曲线图；

图4为本发明中7.5MW火源功率下隧道火源位置变化时顶板最大无量纲温升曲线图；

图5为本发明中10MW火源功率下隧道火源位置变化时顶板最大无量纲温升曲线图；

图6为本发明中隧道坡度与系数A的关系图；

图7为本发明中隧道坡度与系数B的关系图；

图8为本发明中不同隧道坡度下A与Q*的变化关系曲线图；

图9为本发明中隧道坡度与修正后的A值之间的关系曲线图；

图10为本发明中FDS模拟值与计算值对比图；

图11为不同网格尺寸下距火源25m处的竖向温度分布曲线；

图12为坡度隧道火灾时预测模型预测结果与燃烧模型模拟实验结果的对比图。

附图中，各标号代表的不见列表如下：

1、隧道，2、火源。

具体实施方式

为使本发明实现的原理和特征易于了解，下面将结合具体实施方式进行举例，进一步阐述本发明。

如图1至图10所示，本发明提供一种用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法，包括以下具体步骤：

步骤1，“V”形坡隧道内顶板最高温度影响因素的量纲分析：

V形坡隧道内发生火灾时，影响隧道中心线上最大温升ΔT_max的影响因素包括，恒定影响因素：隧道内纵向风速V_t、隧道高度H、火源所在坡度隧道长度L、环境温度T₀、环境空气密度ρ₀、空气比定压热容C_p和重力加速度g，偶发影响因素：火源功率Q、火源与V形坡变坡点的距离l、隧道左侧坡度θ₁及右侧坡度θ₂，由于本研究基于V形坡隧道，左右两侧坡度相同，即|θ₁|＝|θ₂|＝θ^*，则可列关系式如下：

ΔT_max＝f(V_t，H，L，Q，T₀，ρ₀，C_p，g，l，θ^*) (6)

式(6)的11个量中，选取V_t、H、L、T₀、ρ₀为基本物理量，根据π定理，可以变为：

f(π₁，π₂，π₃，π₄，π₅，π₆)＝0 (7)

其中，

通过量纲分析求解得到以下6个无量纲项：

其中隧道内风速V_t为自然通风引起的风流，式(6)可以变为：

式(9)可以化为：

ΔT_max/T₀＝f(Q^*，l/L，θ^*) (11)

式(11)给出了无量纲影响因素：无量纲隧道内最大温升ΔT_max/T₀与无量纲火源功率Q^*、无量纲火源位置l/L以及隧道坡度θ^*相关，因此只需要确定ΔT_max/T₀与每一个参数之间的关系，即可得出V形坡隧道内发生火灾时，隧道中心线上最大温升的无量纲计算公式，而隧道内最高温度T_max＝ΔT_max+T₀。

步骤2，确定模拟火灾场景的基础设定参数，基础设定参数是与经步骤1的量纲分析得到的无量纲项相关的偶发影响因素：如表1中的：隧道坡度θ^*、火源位置l和火源功率Q，表1中的坡度为左右两侧隧道的坡度。

步骤3，以步骤2选取的偶发影响因素作为变量使用FDS软件设置多种隧道模型的燃烧工况，并给FDS软件设置网格尺寸。

隧道模型依据武汉黄鹤楼隧道建立，采用模拟尺寸与实体隧道尺寸比例为1:1，“V”形坡隧道1变坡点两侧隧道对称倾斜且长度相同，隧道模型总长600m，隧道横断面宽12m、高5m，即设置为“CONCRETE”属性。所述隧道两端口开启方式均设置为“OPEN”，即为自然通风状态，所述隧道坡度θ表示隧道的水平方向变化距离与其垂直方向变化距离的比值，隧道坡度θ的范围设定为5％-15％，如图2所述火源2位置l表示隧道中心线上，火源与变坡点之间的距离设置为0～250m，烟流可分为火源的上游和下游部分，火源位置l与“V”型坡单侧隧道长度L的比值l/L为无量纲参数，在城市道路隧道中，客车或厢式货车是最常见的交通工具。一辆小汽车火灾的放热速率约为5MW，2-3辆小汽车碰撞或1辆客车的放热速率为8-15MW，因此，所述火源功率Q的范围设定为5-10MW；设置火源为稳态火，在模拟过程中放热速率是恒定的。隧道模型内环境温度等物理量在运行200s后达到准稳态。因此提取280～300s时的平均值进行代表准稳态的平均值。

选取3种火源功率、5种隧道坡度、9种火源位置。共设置145组燃烧工况，如表1所示。

表1为燃烧工况基础设定参数汇总表

使用FDS软件进行燃烧模拟前以火源特征直径D^*为参照进行网格划分，网格为燃烧模型的最小计算单元，网格尺寸δx设置为1/16D*～1/4D*，

式中，D^*为火源特征直径(m)；Q为火源功率(kW)；T₀为环境温度(K)；ρ₀为空气密度(kg/m³)，取ρ₀＝1.2kg/m³；c_p为空气的定压热容(kJ/(kg·K)，取c_p＝1.02kJ/(kg·K)；g为重力加速度(m/s²)，取g＝9.81m/s²。

选取以下燃烧工况：上游坡度为-5％，下游坡度为5％，火源功率为Q＝5MW，根据式(12)可得Q＝5MW时的合适网格尺寸δx为0.07m～0.29m，选取δx＝0.1m、0.125m、0.2m、0.25m、0.3m这5种网格尺寸作为最小计算单元，使用FDS在隧道模型中对选取的燃烧工况进行模拟，对得到的下距火源25m处的竖向温度进行比较，竖向温度分布曲线如图11所示。由图11可知当网格尺寸逐渐减小时，温度曲线逐渐重合；网格尺寸为0.25m时，其温度曲线与0.1、0.125m、0.2m的曲线几乎一致，考虑到计算的准确度以及计算耗时，火源上下游30m范围内的网格尺寸选为0.25m。

为进一步验证选取网格尺寸后得到的燃烧模型的准确性，将燃烧模型得到的模拟数据与Yi等人开发的坡度隧道火灾中温度顶板最高温度预测模型的预测值进行对比。

Yi等人的预测模型为

k_s＝1-0.065α，式中，k_s是坡度修正系数，α是隧道的斜率。

从式(4)可以得到火源位于坡度隧道时顶板最高温度预测值，图12为预测模型预测结果与燃烧模型模拟实验结果的对比图。结果表明，Yi等经验公式预测的顶板最高温度与FDS模拟实验结果吻合较好。

步骤4，在步骤3设置的各种燃烧工况中，选取不同火源功率和各隧道坡度θ^*的组合，每种组合中改变火源与变坡点之间的距离l，通过火灾动力学模拟软件FDS进行各燃烧工况的隧道中心线上温度T的数据模拟计算，提取出各燃烧模型中燃烧过程为准稳态时隧道中心线上最大温度T_max，将各燃烧工况中得到的隧道中心线上最大温度T_max转换为步骤1得到的无量纲隧道内最大温升ΔT_max ^*，

获得不同火源功率条件下各隧道坡度θ^*对应的无量纲隧道内最大温升ΔT_max ^*与l/L的关系曲线，如图3～5，根据该关系曲线的形态，可知该曲线对应指数函数模型，得到拟合方程：

其中A和B是拟合系数；

步骤5，根据步骤4获得的拟合系数A和B的数据集，如表2，表2中不同的A和B拟合值，其中R是模拟数据和拟合曲线之间的皮尔逊相关系数。由表2可知，A、B的所有值均为正，这表明最大无量纲温升随着无量纲火源位置参数的增大而增大。此外，所有的相关系数R均大于0.95，拟合曲线的相关性较好；

表2变量A、B拟合值

A和B值与隧道坡度的关系如图6和图7所示。A值在一定的放热速率下随隧道坡度增加而减小。B值在一定的放热率下随隧道坡度的增加而增加，并在一定的斜率下、不同的放热率之间相对恒定。总之，从图6和图7中可以看出，系数A的变化与隧道坡度和放热率有关，而系数B是仅与隧道坡度有关的函数。因此，这两个系数可以表示为：

A＝f(Q^*，θ^*) (15)

B＝f(θ^*) (16)

由前人的水平隧道中隧道顶板最高温度与火源功率关系的研究可知，隧道顶板最高温度与火源功率有关，因此，首先拟合各种隧道坡度下，系数A与放热率之间的相关性，并使用幂函数公式对数据进行拟合，得到拟合曲线图8。考虑到系数A的无量纲特性，使用式(17)将参数A与无量纲放热率数据相关联，得到：

A＝a·Q^*b (17)

如图8，幂指数b的参数值相差较小，令式(17)中b值取不同坡度时的平均值0.77，式(17)修正为：

A＝a·Q^*0.77 (18)

由式(15)、式(18)可以得出：

A·Q^*-0.77＝f(θ^*) (19)

按式(19)隧道坡度与修正后的A值之间的关系得到曲线图9；

将图9与图6进行比较可以看出，通过无量纲放热率修正后的A值从完全不同的值变得更为相似，且图9中的拟合曲线可以表示为：

A·Q^*-0.77＝0.47·θ^*-0.7 (20)

通过将无量纲火源热释放速率Q*项从等式左侧移到右侧，可以将式(20)写为：

A＝0.47·θ^*-0.7Q^*0.77 (21)

经计算得出式(21)与表2中A值的相关系数为0.952，拟合相关性较好。

根据式(16)，B的值仅与隧道坡度有关。

拟合图7中的数据点得出：

B＝1.2+7.9·θ^* (22)

将式(21)、式(22)代入式(14)，整合后得出：

式(23)表明，式中包括相关参数：T₀为环境温度；ρ₀为环境空气密度；C_p为空气比定压热容；g为重力加速度；H为隧道高度。

无量纲最大温升参数与无量纲放热速率的0.8次方成正比，且随无量纲火源位置的增大而增大，与隧道坡度的关系是非线性和非单调的。由于没有对V形隧道顶板最大温升进行任何实体试验，因此使用等式(23)对无量纲最大温升进行计算，并将其与FDS模拟温升值进行比较，比较结果如图10所示。从图10中可以看出，数据点分散在等效线附近，式(23)与FDS模拟值基本一致，且拟合得出其相关系数R²均在0.95以上，式(23)在预测非变坡点处火灾时的隧道内最大温升效果较好。

结果表明式(23)该公式可用于5％～15％坡度范围及5～10MW火源功率范围内的“V”形坡隧道内顶板最高温度值预测。

以上所述仅为本发明的较佳实施案例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、同等替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤1，“V”形坡隧道内顶板最高温度影响因素的量纲分析：

V形坡隧道内发生火灾时，影响隧道中心线上最大温升ΔT_max的影响因素包括，恒定影响因素：隧道内纵向风速V_t、隧道高度H、火源所在坡度隧道长度L、环境温度T₀、环境空气密度ρ₀、空气比定压热容C_p和重力加速度g，偶发影响因素：火源功率Q、火源与V形坡变坡点的距离l、隧道左侧坡度θ₁及右侧坡度θ₂，V形坡隧道左右两侧坡度相同，即|θ₁|＝|θ₂|＝θ^*，则关系式如下：

ΔT_max＝f(V_t，H，L，Q，T₀，ρ₀，C_p，g，l，θ^*) (6)

从式(6)的11个量中选取V_t、H、L、T₀、ρ₀为基本物理量，根据π定理，可以变为：

f(π₁，π₂，π₃，π₄，π₅，π₆)＝0 (7)

通过量纲分析求解得到以下6个无量纲项：

式(9)可以化为：

ΔT_max/T₀＝f(Q^*，l/L，θ^*) (11)

式(11)包括无量纲影响因素：无量纲隧道内最大温升ΔT_max/T₀、无量纲火源功率Q^*、无量纲火源位置l/L、隧道坡度θ^*，隧道内最高温度T_max＝ΔT_max+T₀；

步骤2，确定模拟火灾场景的基础设定参数，基础设定参数是与经步骤1的量纲分析得到的无量纲项相关的偶发影响因素：隧道坡度θ^*、火源位置l和火源功率Q；

步骤3，以步骤2选取的偶发影响因素作为变量使用FDS软件设置多种隧道模型的燃烧工况，并给FDS软件设置网格尺寸；

所述隧道模型是“V”形隧道，“V”形隧道为两端隧道对称布置并且自然通风的隧道，采用混凝土材质，隧道模型还包括参数：隧道模型总长L，隧道横断面宽度、高度H，燃烧工况是不同偶发影响因素组合后的多种工况，所述隧道坡度θ^*表示隧道的水平方向变化距离与其垂直方向变化距离的比值，隧道坡度θ^*的范围设定为5％-15％，所述火源位置l表示隧道中心线上稳态火源与变坡点之间的距离，火源位置l与“V”型坡单侧隧道长度L的比值l/L为无量纲参数，所述火源功率Q的范围设定为5-10MW；

步骤4，在步骤3设置的各种燃烧工况中，选取不同火源功率和各隧道坡度θ^*的组合，每种组合中改变火源与变坡点之间的距离l，通过火灾动力学模拟软件FDS进行各燃烧工况的隧道中心线上温度T的数据模拟计算，提取出各燃烧模型中燃烧过程为准稳态时隧道中心线上最大温度T_max，将各燃烧工况中得到的隧道中心线上最大温度T_max转换为步骤1得到的无量纲隧道内最大温升ΔT_max ^*，

获得不同火源功率条件下各隧道坡度θ对应的无量纲隧道内最大温升ΔT_max ^*与l/L的关系曲线，根据该关系曲线的形态，可知该曲线对应指数函数模型，得到拟合方程：

其中A和B是拟合系数；

步骤5，根据步骤4获得的拟合系数A和B的数据集，根据所述基础设定参数与拟合系数A和B的关系曲线，得到拟合系数A与隧道坡度θ^*和火源功率Q的关系，和拟合系数B与隧道坡度θ^*的关系：

A＝f(Q^*，θ^*) (15)

B＝f(θ^*) (16)；

由已知的水平隧道中隧道顶板最高温度与火源功率关系，拟合各种隧道坡度θ^*下，拟合系数A与火源功率Q之间的相关性，并使用幂函数公式进行数据拟合，得到多条拟合曲线，每条拟合曲线均由下式表达

A＝a·Q^*b (17)；

将幂指数b取为不同隧道坡度θ^*时各拟合曲线幂指数的平均值b’，修正式(17)，由式(15)和式(17)的修正式可得A·Q^*-b′＝f(θ^*) (19)；

按式(19)拟合各隧道坡度θ^*与修正后的A值之间的关系曲线，得到A·Q^*-b′＝d·θ^*c(20)，d、c为常数；

通过将无量纲火源功率Q*项从等式左侧移到右侧，可以将式(20)写为：

A＝d·θ^*cQ^*-b′ (21)；

根据式(16)，拟合拟合系数B与隧道坡度θ^*的关系曲线，得到

B＝h+g·θ^* (22)，h、g为常数；

将式(21)、式(22)代入式(14)，整合后得出“V”形坡隧道内顶板最高温度预测模型：

2.根据权利要求1所述的用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法，其特征在于，步骤3和步骤4之间还包括：

步骤3.1，FDS软件进行燃烧模拟前以火源特征直径D^*为参照进行网格划分，网格尺寸δx设置为1/16D*～1/4D*，

式中，D^*为火源特征直径；Q为火源功率；T₀为环境温度；ρ₀为空气密度，取ρ₀＝1.2kg/m³；c_p为空气的定压热容c_p＝1.02kJ/(kg·K)；g为重力加速度，g＝9.81m/s²；

步骤3.2，采用步骤3.1计算得到的不同网格尺寸分别作为FDS软件的最小计算单元，利用FDS软件在隧道模型中，以一种隧道坡度θ^*、火源功率Q、火源位置l作为计算条件，计算得到不同网格尺寸对应的火源位置l处的竖向温度分布曲线，选取重合度高的多条竖向温度分布曲线中的网格尺寸的最大值作为待验证网格尺寸；

步骤3.3，采用待验证网格尺寸作为FDS软件第最小计算单元，利用FDS软件在隧道模型中对步骤3选取的一种燃烧工况进行模拟，得到顶板最高温度模拟数据，使用现有的坡度隧道火灾中温度顶板最高温度预测模型对相同燃烧工况进行模拟得到预测值，将预测值与模拟数据进行对比，若两种数据吻合，则确定待验证网格尺寸作为FDS软件的最小计算单元。

3.根据权利要求2所述的用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法，其特征在于，所述网格尺寸为0.25m。

4.根据权利要求3所述的用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法，其特征在于，所述隧道模型总长600m，隧道横断面宽12m、高5m。

5.根据权利要求4所述的用于“V”形坡隧道内顶板最高温度预测的方法，其特征在于，所述“V”形坡隧道内顶板最高温度预测模型为：

6.如权利要求1～5的方法得到的“V”形坡隧道内顶板最高温度预测模型应用于坡度范围为5％～15％，及火源功率范围为5～10MW的“V”形坡隧道内顶板最高温度值预测。

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