本发明属于隧道火灾防排烟领域，适用于对带水喷雾灭火系统的上行单坡隧道火灾烟气逆流长度预测。
背景技术：
1、随着社会科技的发展，隧道的建设和普及极大方便了人类的生活，但火灾灾害也随之增加。单坡隧道的隧道结构不同于水平隧道，在发生火灾时，烟气蔓延过程中受力更加复杂多变，烟气蔓延的路径也不同于水平隧道，而由于隧道空间的特殊性，单坡隧道内部发生火灾时的危害要比普通水平隧道更加严重。水喷雾系统作为良好的消防安全设施，已经被广泛运用于隧道安全防范中，水喷雾系统的作用会使得隧道内的烟气特性及蔓延发生变化，现有研究对水喷雾作用下的单坡隧道适用性不强。研究水喷雾系统对单坡隧道火灾烟气逆流长度的影响，能够为这类隧道的设计和安装等方面提供一定的理论支撑和实践意义。
2、目前隧道火灾烟气研究集中在通过实验和数值模拟研究烟雾分层、烟雾蔓延特性和烟气温度方面，同时国内外研究多数是在有水喷雾系统作用下的水平隧道中或无水喷雾系统作用下的坡度隧道中进行的，对两者结合下的烟气逆流长度研究较少涉及。而目前无针对考虑隧道水喷雾流量和雾化角对上行单坡隧道火灾烟气逆流长度的计算方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于解决当前水喷雾系统下隧道火灾仿真中尚未考虑坡度的烟气逆流长度预测方法。隧道火灾中采取不同火源功率的火源模型，为加水喷雾系统上行单坡隧道火灾烟气逆流长度预测提供一种有效的方法。
2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种加水喷雾系统单坡隧道烟气逆流长度的预测方法，包括以下步骤：
4、1)根据隧道的物理结构和隧道内水喷雾系统设置情况，确定所述隧道内的火灾场景模拟的基础设定参数，在fds软件中建立隧道火灾仿真的物理模型；
5、2)确定水喷雾系统下隧道内烟气逆流长度的影响因素，建立所述烟气逆流长度l与所述影响因素的关系式。
6、3)确定所述影响因素的基本物理量，根据相似理论规则得到所述影响因素的无量纲项，进而将步骤2)中的所述量纲关系式转变为无量纲关系式，再获得所述烟气逆流长度l的无量纲计算公式；
7、4)以影响因素为变量，通过fds进行数值模拟计算，得到不同情况下的烟气逆流长度l；将模拟结果绘制成散点图，明确各影响因素对所述烟气逆流长度l的影响；
8、5)对所述散点图的结果进行非线性拟合，得到所述步骤3)中的所述无量纲计算公式中的各未知系数的取值，进而构建无量纲式的加水喷雾系统单坡隧道内烟气逆流长度l预测模型。
9、在上述方案基础上，本发明可做如下改进。
10、进一步，所述步骤1)中，所述基础设定参数包括隧道模型尺寸、隧道坡度i、火源功率q、水喷雾流量q；
11、进一步，所述隧道模型尺寸为长300m×宽6.3m×高9m，设置有热电偶在隧道顶端(距离隧道顶部0.15m处)用于测量隧道内温度变化情况，同时在隧道中心线上设置有温度切片以观测隧道内部温度场的变化；
12、进一步，所述单侧隧道坡度设置为0％、3％、5％和7％；
13、进一步，所述火源尺寸为4.8m×2m，距离隧道底部1.5m，火源功率为10mw、15mw、20mw、25mw；
14、进一步，在隧道单侧壁面上设有11个水喷雾喷头，水喷雾喷头距离地面高度为4.2m，相邻两喷头间隔为5m。喷水流量设置为0l/min、100l/min、200l/min、300l/min、400l/min，雾化角设置为60°、90°、120°、150°。
15、进一步，所述步骤2)中，隧道中的影响因素有通风速度v、火源热释放速率q、水喷雾流量q、水喷雾雾化角θ、隧道水力直径hef、隧道坡度i、环境温度t0、环境空气密度ρ、空气的定压比热容cp、重力加速度g。
16、进一步，所述步骤2)中，所述烟气逆流长度l与所述影响因素的关系式为：
17、f(l,v,q,q,θ,hef,i,t0,ρ,cp,g)＝0
18、进一步，所述步骤3)中，所述基本物理量选取hef、环境空气密度ρ、环境温度t和重力加速度g作为基本参数。
19、进一步，引入π定理可得到：
20、
21、进一步，所述步骤3)中，所述影响因素的无量纲项为：
22、
23、进一步，所述步骤3)中，所述烟气逆流长度l的无量纲计算公式为：
24、
25、即：
26、l*＝f(v*,q*,q*,θ*,i)
27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：理论上，应用了π定理和量纲分析，奠定了理论基础；且运用理论分析与fds模拟相结合的方式，通过无量纲分析建立了不同通风速率下含有水喷雾流量、雾化角、隧道坡度的无量纲烟气逆流长度预测模型，对水喷雾作用下上行单坡隧道的烟气逆流长度进行研究。综合考虑了加水喷雾的上行单坡隧道结构的特殊性，对水喷雾作用下上行单坡隧道临界风速进行了探究，分析了水喷雾流量、雾化角和坡度对上行单坡隧道发生火灾时的烟气逆流长度、隧道顶棚最高温升、临界风速的影响规律，适用于多种不同坡度、火源功率、不同水喷雾流量和雾化角的上行单坡隧道内烟气逆流长度的预测。通过模拟发现与预测公式吻合度较高，验证了此方法的科学性的和实用性，补充了传统单坡隧道和侧向重点排烟研究中未考虑加水喷雾上行单坡隧道的情况，完善了坡度隧道内烟气逆流长度的预测公式，但与侧向重点排烟研究不同的是本发明并不涉及排烟口的设置。本方法在量纲关系推导过程中基本考虑了全部的影响因素，得到的结果更具创新性和指导意义。通过预测计算火灾烟气逆流长度能够为加水喷雾上行单坡隧道火灾烟气控制及消防救援提供指导。
1.一种加水喷雾系统上行单坡隧道烟气逆流长度的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种加水喷雾系统上行单坡隧道烟气逆流长度的预测方法，其特征在于，步骤1)中隧道的三维模型，所述基础设定参数包括隧道模型尺寸、隧道坡度i、火源功率q、水喷雾流量q、水喷雾雾化角θ。
3.根据权利要求2所述的一种加水喷雾系统上行单坡隧道烟气逆流长度的预测方法，其特征在于，步骤1)所述隧道模型尺寸为长300m×宽6.3m×高9m，设置有热电偶在隧道顶端(距离隧道顶部0.15m处)用于测量隧道内温度变化情况，同时在隧道中心线上设置有温度切片以观测隧道内部温度场的变化。
4.根据权利要求3所述的一种加水喷雾系统上行单坡隧道烟气逆流长度的预测方法，其特征在于，步骤1)所述单侧隧道坡度设置为0％、3％、5％和7％；所述火源尺寸为4.8m×2m，距离隧道底部1.5m，火源功率为10mw、15mw、20mw、25mw。
5.根据权利要求4所述的一种加水喷雾系统上行单坡隧道烟气逆流长度的预测方法，其特征在于，步骤1)所述在隧道单侧壁面上设有11个水喷雾喷头，水喷雾喷头距离地面高度为4.2m，相邻两喷头间隔为5m。喷水流量设置为0l/min、100l/min、200l/min、300l/min、400l/min，雾化角设置为60°、90°、120°、150°。
6.根据权利要求5所述的一种加水喷雾系统上行单坡隧道烟气逆流长度的预测方法，其特征在于，步骤2)中，隧道中的影响因素有通风速度v、火源热释放速率q、水喷雾流量q、水喷雾雾化角θ、隧道水力直径hef、隧道坡度i、环境温度t0、环境空气密度ρ、空气的定压比热容cp、重力加速度g。
7.根据权利要求6所述的一种加水喷雾系统上行单坡隧道烟气逆流长度的预测方法，其特征在于，步骤2)中，所述烟气逆流长度l与所述影响因素的关系式为：
8.根据权利要求7所述的一种加水喷雾系统上行单坡隧道烟气逆流长度的预测方法，其特征在于，步骤2)中，所述基本物理量选取hef、环境空气密度ρ、环境温度t和重力加速度g作为基本参数。
9.根据权利要求8所述的一种加水喷雾系统上行单坡隧道烟气逆流长度的预测方法，其特征在于，步骤3)中，所述影响因素的无量纲项为：
10.根据权利要求9所述的一种加水喷雾系统上行单坡隧道烟气逆流长度的预测方法，其特征在于，步骤3)中，所述烟气逆流长度l的无量纲计算公式为：
