地鐵火災(zāi)煙氣流動(dòng)特性與控制策略研究.pdf

1、地鐵作為現(xiàn)代化城市公共交通運(yùn)輸?shù)闹鞲删€和客流運(yùn)送的大動(dòng)脈，是緩解城市交通緊張的有效工具。一旦發(fā)生火災(zāi)等突發(fā)事故，將會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。大量的地鐵火災(zāi)事故表明，造成火災(zāi)損失慘重的原因除了人為和管理的原因以外，地鐵的結(jié)構(gòu)尺寸、消防設(shè)施和防排煙系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng)或設(shè)計(jì)得不合理以及疏散不科學(xué)是重要的原因。因此，開(kāi)展地鐵火災(zāi)煙氣流動(dòng)特性和控制策略的研究具有重要的意義。
　　 本文在對(duì)地鐵車站和區(qū)間隧道火災(zāi)人員必需可用安全時(shí)間RSET

2、分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)比例模型實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬和全尺寸實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)地鐵車站和區(qū)間隧道火災(zāi)時(shí)的煙氣流動(dòng)特性和控制策略展開(kāi)研究，具體工作如下：
　　 分析比較我國(guó)現(xiàn)行《規(guī)范》和美國(guó)NFPA130標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于地鐵車站人員疏散時(shí)間的計(jì)算方法，得出美國(guó)NFPA130標(biāo)準(zhǔn)的疏散時(shí)間計(jì)算方法更合理些，進(jìn)一步據(jù)此方法，分析得出不同類型地鐵車站火災(zāi)時(shí)，影響必需安全疏散時(shí)間的關(guān)鍵因素。建立了地鐵區(qū)間隧道人員疏散時(shí)間的計(jì)算模型，并通過(guò)理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)疏散實(shí)

3、驗(yàn)的方法，提出區(qū)間隧道火災(zāi)時(shí)，影響必需安全疏散時(shí)間RSET的關(guān)鍵因素。
　　 以兩種火源為例，對(duì)火災(zāi)煙氣羽流的幾種模式進(jìn)行了計(jì)算分析，為地鐵火災(zāi)排煙量的設(shè)計(jì)以及煙氣流動(dòng)的控制策略提供了理論依據(jù)。對(duì)地鐵火災(zāi)煙氣流動(dòng)進(jìn)行計(jì)算的Reynolds時(shí)均方程方法，從控制方程的分解、湍流模型的建立、方程的離散進(jìn)行了詳細(xì)推導(dǎo)?；贔DS程序，采用大渦模擬(LES)方法模擬計(jì)算地鐵火災(zāi)煙氣流動(dòng)，對(duì)LES方法的模型方程、方程簡(jiǎn)化和變形、描述火的混合

4、分?jǐn)?shù)燃燒模型、輻射模型進(jìn)行了詳細(xì)闡述。
　　 對(duì)描述地鐵火災(zāi)煙氣流動(dòng)的控制方程進(jìn)行無(wú)量綱化，建立了進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)的相似物理模型，設(shè)計(jì)并搭建了1：8的地鐵縮尺寸比例模型實(shí)驗(yàn)臺(tái)。并設(shè)計(jì)了地鐵模型實(shí)驗(yàn)臺(tái)的通風(fēng)排煙系統(tǒng)、火源系統(tǒng)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
　　 對(duì)單層島式地鐵車站軌道區(qū)列車中部發(fā)生火災(zāi)，機(jī)械排煙系統(tǒng)沒(méi)有開(kāi)啟時(shí)的煙氣流動(dòng)特性進(jìn)行了研究，結(jié)合人員疏散路徑的計(jì)算分析，得出單層島式地鐵車站火災(zāi)時(shí)，需要控制煙氣向兩側(cè)站廳的擴(kuò)散。

5、在實(shí)際的車站內(nèi)，對(duì)不同通風(fēng)排煙模式時(shí)的流場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)試，得出與車站相連接的區(qū)間風(fēng)機(jī)的送風(fēng)或排風(fēng)對(duì)車站內(nèi)的流場(chǎng)是有較大影響的。進(jìn)一步通過(guò)數(shù)值模擬的方法，對(duì)火災(zāi)時(shí)的煙氣控制策略進(jìn)行了研究，得出了控制煙氣流動(dòng)的最佳通風(fēng)排煙模式，并提出了現(xiàn)有通風(fēng)排煙系統(tǒng)的改進(jìn)措施。
　　 在搭建的1:8全高安全門(mén)雙層島式地鐵車站模型實(shí)驗(yàn)臺(tái)內(nèi)，開(kāi)展了軌道區(qū)列車尾部火災(zāi)的模型實(shí)驗(yàn)，得出了在機(jī)械排煙系統(tǒng)不開(kāi)啟時(shí)，煙氣會(huì)通過(guò)全高安全門(mén)頂端的空隙擴(kuò)散至站臺(tái)公共區(qū)，

6、阻斷距火源較近的樓梯口的疏散通道。當(dāng)機(jī)械排煙系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，煙氣向站臺(tái)公共區(qū)的擴(kuò)散速度得到明顯控制。采用FDS火災(zāi)模擬軟件建立了模型實(shí)驗(yàn)的物理模型，并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，驗(yàn)證了數(shù)值模擬計(jì)算的正確性。利用所建立的數(shù)值模擬程序，研究了安裝全高安全門(mén)系統(tǒng)的地鐵車站發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙氣的控制模式以及全高安全門(mén)的開(kāi)啟對(duì)煙氣控制的影響。
　　 在搭建的地鐵區(qū)間隧道1：8縮尺寸比例模型實(shí)驗(yàn)臺(tái)內(nèi)，進(jìn)行了油盤(pán)火實(shí)驗(yàn)，得出了風(fēng)速對(duì)火災(zāi)發(fā)展的

7、影響。結(jié)合列車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生活塞風(fēng)的理論，得出了列車在區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)仍能繼續(xù)向前運(yùn)行的安全運(yùn)行速度。對(duì)有彎道的區(qū)間隧道進(jìn)行了冷態(tài)情況下流場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，得出兩端車站風(fēng)機(jī)的送風(fēng)或排風(fēng)對(duì)區(qū)間的縱向通風(fēng)風(fēng)速有較大的影響，應(yīng)根據(jù)火災(zāi)位置不同，制定不同的通風(fēng)排煙模式。并通過(guò)數(shù)值模擬的方法研究得出了彎道對(duì)煙氣流動(dòng)的影響。將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為火災(zāi)數(shù)值模擬的邊界條件，研究得出了區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)，不同通風(fēng)排煙模式對(duì)煙氣流動(dòng)控制的影響。
　　 本文的研究成