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火灾烟气运动规律与防控是灾害研究的经典问题,大量学者的研究成果强化了相关灾害的防控能力,然而,综合管廊这类新兴结构的建设和使用给火灾烟气研究提出了新的挑战。与狭长隧道火灾烟气研究相比较,由于不同的功能定位、建筑构造以及防火理念,综合管廊火灾烟气运动存在特殊规律。本论文以综合管廊火灾烟气为研究对象,提出一种基于光流守恒的火灾二维矢量场测量方法,揭示管廊封闭与通风状态下热浮力与剪切力对烟气层的影响,总结存在挡烟垂壁的烟气纵向温度衰减规律;结合管廊密闭空间火灾特点,揭示管廊火灾特有的烟气场填充规律,建立封闭管廊火灾自熄灭时间预测方法,建立管廊事故中通风优化策略,最小化通风作用下的燃烧增益,探讨管廊火灾事故中排烟与防火分区设计的科学依据。具体工作包括以下四个方面:火灾实验多处于高温高热且受限的恶劣环境,常规测量手段难以实现其速度场测量,本文引入光流守恒理论,提升烟气颗粒运动的捕捉能力,涵盖前处理图像增强、光流计算方法以及后处理图像滤波三个方面,突破了传统PIV粒子测速装置对外加示踪粒子的依赖性,解决烟气运动颗粒的非均匀分布问题;本文比较了多种稠密光流计算方法,探索最优的前处理、光流计算以及后处理模式,构建了一种应用于火灾场景且无须外加示踪粒子的烟气速度二维矢量场测量方法。分析了火灾烟气热分层与可见分层之间的差异,发现了剪切运动引起的烟气分层加厚的现象。基于视觉处理方法及理论分析手段,提出了基于热浮力与剪切力综合作用的烟气定义方法,揭示了封闭与通风状态下管廊烟气层的特殊规律。考虑综合管廊顶棚上方设置挡烟垂壁和结构内部存在障碍物的影响,以及烟气层不同高度处的轴向温度的特征,发现顶棚边界层内温度的变化是表征特殊结构影响的关键。引入热边界层理论,通过小尺度实验与数值模拟相结合的方法,揭示垂壁对纵向温度衰减带来的突变作用,定量确定烟气热边界层在顶棚下方的分布,建立了一种可预测存在挡烟垂壁作用的烟气纵向温度衰减模型。狭长封闭管廊相比一般封闭建筑火灾具有明显特殊性,发现存在烟气堵塞导致远端空气不能及时供给燃烧的现象。本文开展了完全密闭状态的地下综合管廊火灾多尺度实验,探究烟气的填充过程及其温度速度特征、火焰形态、顶棚射流层分布及其卷吸速度的规律,揭示烟气填充与火焰卷吸所形成的特殊烟气流场,探索密闭管廊火灾烟气压迫下燃烧的衰减以及管廊区间火灾自熄灭规律,建立了密闭管廊烟气压迫条件下的火灾自熄灭时间预测模型,探讨了综合管廊封闭区间设计的安全性。根据综合管廊可燃物纵向分布的实际情况,发现管廊事故中通风不同于一般的建筑或隧道火灾,事故中的轴向通风排烟很可能造成火势的快速蔓延。本文围绕管廊能否进行事故中通风排烟开展研究,获得不同通风环境下的烟气羽流形态特征,揭示通风作用下的火场运动规律,并结合Thomas等人的防烟气回流理论,分析羽状形态的凹凸特性、稳定性和平衡性等约束条件,提出了有效阻止烟气回流和最小化火焰燃烧增益的优化通风策略。