近年来,隧道建设事业如火如荼。隧道在给人们带来便利的同时,其火灾安全问题不容忽视。纵向通风作为一种简便、易行的方式被广泛用于隧道火灾排烟中。以临界风速为标准的通风模式可以有效阻止烟气逆流,确保上游人员安全。然而,较大的风速可能会破坏火源下游烟气分层,对下游人员逃生不利。适当减小风速有利于维持下游烟气分层,但合理的风速范围及其安全性尚不清楚。通过FDS建立数值计算模型,以前人试验为基础验证了计算方法的准确性。在此基础上,对纵向风作用下隧道内烟气分层规律及安全性进行研究。首先,讨论了高5 m宽5 m的隧道中,火源功率5至20 MW时纵向风速对烟气分层的影响。得到的主要结论包括:(1)提出并得到了分层风速。当风速小于分层风速时,火源下游一段距离内烟气分层良好。(2)得到了下游200米内平均Froude数与无量纲纵向风速及无量纲火源功率的关系式。(3)得到了烟气分层与Froude数的关系式,并由此得Froude数小于0.49时烟气分层明显。(4)弄清了烟气层高度与纵向风速和火源功率的关系。再者,讨论了火源功率10 MW时,宽高比在0.5至3范围内的隧道中断面尺寸对烟气分层的影响。得到的主要结论包括:(1)验证了Newman无量纲温度比关系式的准确性,发现该关系式适用于宽高比在0.5至3范围内的隧道。(2)分层风速随隧道宽度的增大而增大,而与隧道高度无明显关系。(3)下游200米内平均Froude数关系式仅适用于宽高比在1至2范围内的隧道。(4)烟气分层与Froude数的关系与隧道断面尺寸相关。造成Hyman所提Froude数关系式与FOA-SP模型试验无法吻合的原因可能是隧道宽高比的不同。(5)弄清了烟气层高度与隧道断面尺寸的关系。风速较大时,隧道宽度增加会使烟气层出现剧烈波动。最后,从人员逃生的角度,结合火灾烟气安全控制标准,对维持烟气分层通风模式的安全性进行分析,发现:(1)维持烟气分层通风模式能否满足安全标准受火源功率的制约。火源功率在5至7.5 MW范围内时,分层风速烟气控制效果较为理想。(2)隧道宽度的增加会缩小分层风速和临界风速的差距。当隧道宽高比为3时,分层风速大于临界风速,此时可优先考虑采用临界风速。(3)考虑到热辐射和可见度,控制烟气分层采用的纵向风速不宜过小。