近年来,隧道火灾频发造成了大量的人员和财产损失。隧道空间狭长,出入口少,一旦发生火灾,高温烟气沿着隧道蔓延,严重威胁隧道内人员的生命安全。火灾调查显示,威胁隧道内人员生命安全的主要因素为高温、有毒的烟气。因此,有效的将火灾产生的高温烟气与人员隔离可以有力保证火灾时隧道人员的安全。受建筑中防火分隔概念的启发:利用水雾幕系统将隧道分隔成若干“防火分区”,水雾幕系统由若干个水雾喷头组成,水雾幕系统的长度可根据需要调整,利用细小的水雾液滴覆盖隧道的横断面形成屏障,将火灾烟气控制在一个分区内,隧道内人员可穿过水雾幕系统到达安全区域,从而保证隧道内人员安全。到目前为止,国内外对利用水雾系统形成屏障阻止隧道内火灾烟气蔓延的研究非常少。本文从实验和数值模拟两个方面对自然通风和纵向通风隧道内应用水雾幕系统作为防火分隔的可行性开展研究。研究的主要内容如下:首先,建立了小尺寸实验平台,在模型隧道内设置了水雾幕系统。通过14组小尺寸实验讨论了不同通风情况下隧道内设置水雾幕系统阻止烟气和热量蔓延的有效性。并且总结前人关于大空间建筑中应用水幕实验的结果,对可能影响水雾幕系统特性的参数:水雾幕系统流量、喷头工作压力及喷头的布置方式进行了进一步的研究。小尺寸实验结果表明:1)在自然通风的隧道内,设置水雾幕系统能够有效阻止烟气和热量向隧道下游位置传播,实验中水雾幕系统下游未见烟气与温度升高的现象。在纵向通风隧道内,水雾幕系统虽然不能够阻止烟气的蔓延,但是水雾幕系统能够有效降低烟气温度。2)水雾幕系统中的喷头布置方式对水雾幕下游影响不大。主要是由于:在无纵向通风时,设计的水雾幕系统均能有效阻止烟气蔓延,因此水雾幕下游温度始终均维持在室温左右。而在纵向通风时,由于水雾幕系统与烟气接触时间短（约为ls）,因此水雾幕系统的布置方式对其下游温度的影响并不显著。此外,这也表明了,虽然水雾幕系统中存在的液滴未覆盖区域,但这并不是影响水雾幕系统阻烟效果的主要因素。3)改变水雾幕系统的工作压力对无纵向通风时水雾幕下游的温度无影响,维持在20℃左右。但是对于纵向通风隧道内,增加喷头工作压力有效的降低了水雾幕下游空间的温度。实验中,在喷头的工作压力为0.5Mpa时,水雾幕下游的温度降至室温（20℃）以下。其次,在小尺寸实验结果的基础上,我们利用CFD计算软件对小尺寸开展的实验进行了重现,获得隧道内温度场、速度场等实验中难以获得的流场信息,进一步分析水雾幕系统与烟气之间的相互作用,揭示了水雾幕系统阻止烟气和热量蔓延的机理。通过小尺寸实验的数值模拟研究我们发现,水雾幕系统的开启将火灾烟气卷吸进喷雾区域中,高温烟气改变运动方向随着液滴向下运动并不断被冷却;在喷雾区域外,各喷头产生的卷吸作用互相加强形成了向上的气流,使得火灾烟气同样难以穿过水雾幕系统中喷头未覆盖区域。这也解释了实验中虽然水雾幕系统没有完全覆盖隧道断面,但是烟气仍然没有穿过水雾幕系统的现象。对不同喷头布置方式和喷头工作压力的数值模拟也表明:喷头的布置方式与喷头的工作压力对水雾幕下游的温度影响不大。原因如小尺寸实验结果相同,在所有的工况中,水雾幕中间都形成了向上的气流,向上的气流与喷雾的卷吸作用共同阻止了烟气的蔓延,因此水雾幕下游无温度升高现象。但是,喷头的数量越多,喷头的工作压力越大,水雾幕系统中间向上气流动量越大,喷头卷吸作用越强,有利于水雾幕系统阻烟隔热。在纵向通风的情况下,隧道内流场被纵向风速主导,烟气穿过水雾幕系统向下游蔓延。喷雾区域中和隧道侧壁位置处的向上的动量与喷头卷吸作用依然存在,只是受纵向通风的影响,向下游倾斜。此时水雾幕系统不能阻止烟气蔓延。对比不同喷头布置方式与不同工作压力可知:喷头的布置方式影响水雾幕系统中喷头对烟气的卷吸作用,喷头数量越多,卷吸作用越强。但是与实验结果相同,喷头布置方式对水雾幕系统下游温度影响不大。增加喷头工作压力,喷雾产生的卷吸作用加强,喷雾区域之间向上的动量增大。与比实验结果相比,数值模拟中水雾幕系统下游温度受喷头工作压力小。最后我们,利用小尺寸隧道内的温度变化与数值模拟结果对比,对FDS数值模拟结果进行了验证。在热释放速率稳定阶段,实验结果与数值模拟结果能够很好的吻合,除去实验本身的误差,各测点平均温度误差在10%以内。第三,结合小尺寸实验结果与数值模拟提供的流场变化信息,利用基本的动量定理分析了水雾幕系统阻热隔烟有效性与火灾烟气之间的关系。在水雾幕系统中喷头动开启后,液滴不断向下运动,水雾幕系统周围的烟气被卷吸进水雾幕系统区域内随着液滴一起向下运动,烟气运动方向的改变使其水平方向运动速度减小,不能穿过水雾幕系统。水雾幕系统之间的向上的气流在水雾未覆盖的区域形成了类似为“屏障”的作用,阻止了烟气的蔓延。因此,喷头下方的卷吸作用和水雾幕系统中向上的气流是影响水雾幕系统阻烟隔热效率的两个重要因素。这两者均与水雾幕系统中液滴的动量相关。只有当水雾幕系统产生的动量大于火灾烟气的动量时,水雾幕系统才有可能阻止烟气的蔓延。即水雾幕系统的动量与顶棚射流的动量之比（Msmoke）/（Mwater）>R。利用小尺寸实验和全尺寸数值模拟结果对R值进行了验证,R≈15.1。此外,通过对液滴动量的分析和顶棚射流的动量分析可知,水雾幕系统流量（喷头的数量）与火源热释放速率之间的关系为:Vwater∝hQc（2/3）,h为烟气层厚度。以上数值计算方法可以为今后水雾幕系统的设计提供参考。