Smoke Temperature Characteristics in Longitudinally ventilated mountain Tunnels featuring on Lateral-opening Vertical Shaft
تتقصى هذه الدراسة تجريبياً توزيع درجات حرارة الدخان في أنفاق الجبال ذات التهوية الطولية والمزودة بفتحات رأسية جانبية تحت أحجام حريق وظروف تهوية متفاوتة، بهدف تطوير علاقات تجريبية للتنبؤ بالحد الأقصى لدرجات الحرارة الزائدة والطولية من أجل تحسين تصميم أنظمة السلامة من الحرائق.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
عندما يندلع حريق في عمق نفق جبلي، فإن الخطر الأكبر لا يأتي غالباً من اللهب نفسه، بل من الدخان الكثيف شديد الحرارة الذي يتبعه. يرتفع هذا الدخان، ويصطدم بالسقف، وينتشر بسرعة على طول طول النفق، محولاً حادثاً يمكن السيطرة عليه إلى فخ مميت لأي شخص يحاول الهروب أو لفرق الإنقاذ التي تحاول الدخول. وللحفاظ على سلامة هذه الأنفاق، يعتمد المهندسون على أنظمة تهوية تدفع الهواء النقي من أحد الطرفين وتسحب الدخان من الطرف الآخر. ومع ذلك، فإن العديد من الأنفاق الجبلية الحديثة طويلة جداً بحيث لا يمكن تهويتها بمجرد مراوح عند النهايات. بدلاً من ذلك، تُبنى هذه الأنفاق مع أعمدة رأسية شاهقة تصل إلى السطح، متصلة بالنفق الرئيسي عبر قناة أفقية. تعمل هذه الأعمدة مثل مداخن عملاقة، مستخدمة الارتفاع الطبيعي للهواء الساخن للمساعدة في سحب الدخان للخارج. ولكن عندما يبدأ حريق بالقرب من مثل هذا العمود، فإن التفاعل بين الدخان الذي يتم شفطه للأعلى عبر العمود والهواء الذي يتم دفعه على طول النفق يخلق تدفقاً معقداً وغير متوقع. إن فهم مدى سخونة الدخان بدقة في هذه الظروف المحددة أمر بالغ الأهمية، لأن درجة الحرارة تحدد السرعة التي ستطلق بها أجهزة الكشف الإنذارات، والمدة التي يمكن للهيكل أن يصمد خلالها قبل الانهيار بسبب الحرارة.
قام باحثون من جامعات في الصين برسم خريطة لهذا السلوك الخفي عبر بناء نموذج دقيق بمقياس واحد من عشرة لنفق جبلي مجهز بعمود رأسي. وفي مختبرهم، قاموا بإنشاء نفق بطول 16.5 متراً وثبتوا عموداً رأسياً بارتفاع 4.2 متراً، متصلاً بقناة جانبية. وضعوا مصدراً للحريق في اتجاه المنبع من هذا الاتصال، ثم أشعلوا وقود الديزل في صوانٍ مربعة بأحجام متفاوتة لمحاكاة شدة حرائق مختلفة. ولمحاكاة ظروف العالم الحقيقي، استخدموا مراوح قوية لخلق تيار مستمر من الهواء يتحرك عبر النفق، بينما استخدموا في الوقت نفسه نظاماً ميكانيكياً لسحب الهواء للأعلى عبر العمود الرأسي بسرعات مختلفة. ووضعوا عشرات من مستشعرات الحرارة الصغيرة تحت سقف النفق مباشرة لتسجيل كيفية تحرك الحرارة وتغيرها بدقة مع تعديلهم لسرعة المراوح وحجم الحريق.
كشفت التجارب عن نمط واضح في كيفية سلوك الدخان عندما تعمل قوى التهوية هاتان معاً. فعندما تم تشغيل المراوح الميكانيكية التي تسحب الدخان للأعلى عبر العمود، انخفضت درجة حرارة الدخان تحت السقف مباشرة. حدث تأثير التبريد هذا بسرعة في البداية مع زيادة سرعة المروحة، ولكن بعد ذلك تباطأت معدل التبريد، مما يشير إلى وجود حد لكيفية قدرة التهوية الأسرع على تبريد الدخان. كما لعب حجم الحريق دوراً رئيسياً، ولكن في مناطق محددة فقط؛ فبالقرب من الحريق نفسه، تسبب الحريق الأكبر في ارتفاع حاد في درجة الحرارة. ومع ذلك، كلما انتقل الدخان بعيداً عن اللهب، أصبح الفرق في درجة الحرارة بين حريق صغير وحريق كبير أقل وضوحاً بكثير. يحدث هذا لأن قوة الطفو القوية للدخان الساخن تكون في ذروتها فوق الحريق مباشرة، ولكن بينما ينتقل الدخان عبر النفق، فإنه يختلط بالهواء الأبرد ويفقد طاقة حرارته المكثفة.
وجد الباحثون أن سرعة الهواء المتحرك على طول النفق كانت العامل الأكثر هيمنة في التحكم في درجة حرارة الدخان. فعندما كان الهواء يتحرك ببطء، كان الدخان يميل إلى البقاء والانتظار ساخناً. ومع زيادة سرعة الهواء، كان الدخان يُدفع بعيداً بشكل أكثر فعالية، وانخفضت درجة الحرارة بشكل ملحوظ. ومع ذلك، إذا تحرك الهواء بسرعة كبيرة جداً، فقد يتم دفع الدخان لتجاوز عمود التصريف تماماً، مما يؤدي إلى هروبه من سيطرة نظام التهوية وانتشاره لمسافة أبعد في النفق. يسلط هذا الاكتشاف الضوء على توازن دقيق: يجب أن يكون نظام التهوية قوياً بما يكفي لتطهير الدخان، ولكن ليس قوياً لدرجة أنه يدفع الدخان لتجاوز نقطة الخروج.
ولجعل هذه النتائج مفيدة للسلامة في العالم الحقيقي، طور الفريق طريقة جديدة للتنبؤ بدرجة الحرارة القصوى التي يمكن أن يصل إليها الحريق في هذا النوع المحدد من الأنفاق. لقد دمجوا البيانات من تجاربهم مع المبادئ الفيزيائية لكيفية تحرك الحرارة والهواء لإنشاء صيغة تأخذ في الاعتبار حجم الحريق، وسرعة الهواء المتحرك على طول النفق، وسرعة الهواء المسحوب للأعلى عبر العمود. تسمح هذه الصيغة للمهندسين بتقدير أقصى نقطة حرارة يمكن أن يصل إليها الحريق دون الحاجة لبناء نموذج جديد لكل تصميم نفق. وتشير النتائج إلى أنه بالنسبة للأنفاق ذات الأعمدة الرأسية هذه، يجب ضبط وضع كواشف الحريق وتصميم نظام التهوية بدقة وفقاً لسرعات المراوح المتوقعة وحجم الحريق المحتمل. ومن خلال فهم كيفية تلاشي الحرارة بدقة أثناء تحركها بعيداً عن الحريق، يمكن تصميم أنظمة السلامة لتحذير الناس في وقت مبكر والحفاظ على مسارات ال escape (الهروب) خالية من الحرارة المميتة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.