为了准确地模拟火灾烟气的温度变化规律,以流体力学的相似理论为基础,首次提出采用过热水蒸气在空气中的运动模拟火灾产生的高温烟气在空气中的蔓延和热量传递过程,采用相似变换法推导了水蒸气模拟的相似准则数和相似比例关系;建立与实体巷道相似比例为1∶20的模型巷道,数值研究了自然通风条件下水蒸气的运动特性和温度演化情况.此外,利用自主搭建的水蒸气模拟实验系统,对数值计算结果进行了验证.研究表明:水蒸气运动和烟气运动都是由密度差引起的浮力作用驱动的,水蒸气流量和蒸气温度共同决定实际火源热释放速率;从水蒸气源到巷道顶棚,巷道内的温度逐渐衰减;出口水蒸气温度越高,温度衰减反而越快;水蒸气流量越大,温度衰减越慢.此外,巷道顶棚温度变化符合指数衰减模型,出口水蒸气温度对巷道顶棚纵向温度变化的影响较小;随着水蒸气流量的增大,顶棚温度衰减程度明显降低;从蒸气源到巷道顶棚,蒸气速度的变化经历了三个阶段;沿着顶棚方向,蒸气速度沿程不断减小,且在顶棚撞击点附近存在射流现象和速度损耗.

国家重点研发计划项目（2018YFC2808100）；河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地开放基金项目（WS2020A05）；

1 水蒸气相似模拟的原理
1.1 基本假设
1.2 相似理论与相似准则
1.3 水蒸气模拟的相似比例
2 数值模拟
2.1 模型建立和边界条件设置
2.2 工况设置
3 实验系统
4 结果与讨论
4.1 数值计算与实验结果的对比验证
4.2 水蒸气羽流的温度演化
4.3 水蒸气源截面上巷道温度变化
4.4 巷道顶棚温度衰减
4.5 巷道内水蒸气速度分布
5 结 论