地鐵火災(zāi)煙氣流動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，開展地鐵火災(zāi)煙氣流動特性和控制策略的研究具有重要的意義。
　　 本文在對地鐵車站和區(qū)間隧道火災(zāi)人員必需可用安全時間RSET

2、分析的基礎(chǔ)上，通過比例模型實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬和全尺寸實(shí)測實(shí)驗(yàn)的方法，對地鐵車站和區(qū)間隧道火災(zāi)時的煙氣流動特性和控制策略展開研究，具體工作如下：
　　 分析比較我國現(xiàn)行《規(guī)范》和美國NFPA130標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于地鐵車站人員疏散時間的計(jì)算方法，得出美國NFPA130標(biāo)準(zhǔn)的疏散時間計(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，影響必需安全疏散時間的關(guān)鍵因素。建立了地鐵區(qū)間隧道人員疏散時間的計(jì)算模型，并通過理論計(jì)算和現(xiàn)場疏散實(shí)

3、驗(yàn)的方法，提出區(qū)間隧道火災(zāi)時，影響必需安全疏散時間RSET的關(guān)鍵因素。
　　 以兩種火源為例，對火災(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)以及煙氣流動的控制策略提供了理論依據(jù)。對地鐵火災(zāi)煙氣流動進(jìn)行計(jì)算的Reynolds時均方程方法，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，對LES方法的模型方程、方程簡化和變形、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。
　　 對描述地鐵火災(zāi)煙氣流動的控制方程進(jìn)行無量綱化，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。并設(shè)計(jì)了地鐵模型實(shí)驗(yàn)臺的通風(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)沒有開啟時的煙氣流動特性進(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，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)，對不同通風(fēng)排煙模式時的流場進(jìn)行了測試，得出與車站相連接的區(qū)間風(fēng)機(jī)的送風(fēng)或排風(fēng)對車站內(nèi)的流場是有較大影響的。進(jìn)一步通過數(shù)值模擬的方法，對火災(zāi)時的煙氣控制策略進(jìn)行了研究，得出了控制煙氣流動的最佳通風(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全高安全門雙層島式地鐵車站模型實(shí)驗(yàn)臺內(nèi)，開展了軌道區(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)不開啟時，煙氣會通過全高安全門頂端的空隙擴(kuò)散至站臺公共區(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)開啟時，煙氣向站臺公共區(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系統(tǒng)的地鐵車站發(fā)生火災(zāi)時，煙氣的控制模式以及全高安全門的開啟對煙氣控制的影響。
　　 在搭建的地鐵區(qū)間隧道1：8縮尺寸比例模型實(shí)驗(yàn)臺內(nèi)，進(jìn)行了油盤火實(shí)驗(yàn)，得出了風(fēng)速對火災(zāi)發(fā)展的

7、影響。結(jié)合列車運(yùn)行時產(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。對有彎道的區(qū)間隧道進(jìn)行了冷態(tài)情況下流場的現(xiàn)場測試，得出兩端車站風(fēng)機(jī)的送風(fēng)或排風(fēng)對區(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。并通過數(shù)值模擬的方法研究得出了彎道對煙氣流動的影響。將實(shí)測數(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，不同通風(fēng)排煙模式對煙氣流動控制的影響。
　　 本文的研究成