地铁区间隧道火灾自然排烟的数值分析.pdf

都市快轨交通?第25卷第3期2012年6月
《快轨论坛
doi:10.3969/j.is.1672-6073.2012.03.013
地鉄区间隧道火灾自然排烟的数值分析
朱常琳高明亮
西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安710055
上部烟气层的温度达到180℃便可对人构成辐射灼烧
摘要针对地铁区间隧道火灾的自然排烟,采用
危险;二是当烟气层高度低于人眼特征高度时,烟气温
FDS( fire dynamics simulator)软件,数值模拟通风竖井
度达到115℃使可对人构成直接灼烧危险。人眼特征
的长宽比、埋深和开口形式对自然排烟效果的影响。
高度通常为1.2~1.8m,这里取距离疏散通道地面
模叔結果表明:当通风坚井的长宽比在1.25~2.5时,1.6m高度处(即人眼特征高度为1.6m)的温度作为
其自然排烟效果明显好于其长宽比为5时的自然排烟
效果;当通风竖井的埋深在5-15m时,对自然排烟的
火灾到达危险状态的一个判据指标。这个温度指标的
影响不明显;采用直通风竖井的自然排烟数果优于采临界值如下:人在温度超过体温的环境中,因为出汗过
用渐扩通风竖井的自然排烟效果。
多,会出现脱水、疲劳和心跳加快等现象,温度超过
关键词地状区间道,火受:自然排知,值拟:通6℃便难以呼吸,造成消防人员救极困难、室内人员
风竖井
逃生迟缓2,“们。因此,本研究将区间隧道内1.6m人眼
中图分类号U231.96文献标识码A
特征高度处安全温度的上限定为66℃。
文章编号1672-6073(2012)03-0056-04
2数值模拟的物理模型和计算模型
对列车中部着火的区间隧道火灾采用传统的纵向2.1物理模型
通风模式,无论从隧道哪側排烟,都会使一部分人需要
笔者选取长为100m、断面面积为4.3mx5.1m单
经过浓烟区才能逃生,这对人员疏散很不利。有学者提线矩形区间隧道为研究对象,不考虑列车运行活赛风
出,在区间隧道顶部采用通风竖井的自然通风模式,使的影响和列车形状对烟气蔓延的影响,火源位于区间
通风竖井间距不超过35m,就可以把隧道内人员逃生高隧道中部,通风竖井的间距均为30m、底部断面面积均
度处的温度控制在66℃以内,满足人员疏散的温度要为20m2,物理模型如图1所示。
求。还有的学者针对地铁区间隧道火灾的自然排烟
火源
通风竖井
情况进行研究,得到通风竖井间距不超过30m的结论,
就可以把人员逃生平台高度处的温度控制在66℃以内,
图1区间隧道物理模型
满足人员逃生的温度要求2?。上述研究得到了自然排
烟通风竖井的间距,但均未进一步给出通风竖井结构对
关于地铁火灾的火源强度,香港地铁工程技术人
自然排烟效果的影响。因此,有必要对通风竖井的结构员保守估计其最大值为2MW,而英美等国一般采用
50MW,且重点研究10MW火源强度下的火灾试
进行研究,分析其对自然排烟效果的影响。
验5?。笔者选取的地铁区间隧道火源强度为
1地铁区间隧道火灾中的临界危险状态
10MW,火源燃料主要为车厢装饰材料及车厢地板材
火灾中的临界危险状态是指火灾环境可对室内人料聚氯乙烯(PVC),火源大小为2mx2mx1m(长x
员造成严重伤害的状态,火灾危险临界条件按以下情宽メ高)『7。
况确定3]:是当娴气层界面高于人眼特征高度时
2.2计算模型
收稿日期:2011-07-08修回日期:2011-09-19
采用FDS软件进行数值模拟,湍流模型采用大涡
作者简介朱常琳,女,工学硕士,副教授,主要从事地铁环控系统的模型,燃烧模型采用混合分数模型,辐射模型为非散射
研究,93050688②qq.com
灰体近似,利用有限体积法分析求解辐射传输方程。
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地铁区间隧道火灾自然排烟的数值分析
环境温度为20℃,模拟采用结构化网格,模拟计算时
间为600s。
5,0竖井长宽比1.25
数值模拟结果及分析
→竖井长宽比250
45キ竖井长宽比50
针对列车中部着火且列车停靠在隧道中部的地铁
区间隧道火灾,笔者研究了不同通风竖井的结构(如表
了要
1所示)对自然排烟效果的影响。其中,通风竖井间距
均为30m,竖井底部断面面积均为20m
表1通风竖井的结构
竖井长宽比
竖井埋深/m
通风竖井开口形
式
离火源的距离m
1.252.5551015渐扩竖井直竖井
图3不同竖井长宽比下烟气层高度的变化
3.1不同竖井长宽比对自然排烟的影响
3.2不同竖井埋深对自然排烟的影响
在不同通风竖井长宽比的情况下(竖井埋深均为
在不同通风竖井埋深情况下(竖井长宽比均为5),
15m),隧道内1.6m人眼特征高度处(距轨面高度隧道内1.6m人眼特征高度处(距轨面高度2.65m)的温
2.65m)的温度変化和隧道中心纵断面的烟气层高度度变化和隧道中心纵断面的烟气层高度变化如图4
变化如图2~图3所示。模拟结果表明:在3种竖井长
图5所示。模拟结果表明:在3种通风竖井埋深情况
宽比的情况下,火源附近15m处隧道内的温度均低于
下,距离火源15m以外隧道的温度均低于临界温度
临界温度66℃,达到了自然排烟的温度指标,有利于
66℃,达到了自然排烟的温度指标,有利于人员安全疏
人员的安全疏散;在3种竖井长宽比情况下,火源10~
散;在3种不同竖井埋深排烟情况下,离火源10~-25m
25m范围内烟气层的高度有明显升高,这主要是由于
500
该范围内烟气流动受到隧道顶部通风竖井的影响。与
一竖井埋深5m
竖井长宽比为5时的情况相比,在竖井长宽比为1.25
400
一竖井埋深10m
一竖井埋深15m
和2.5的情况下,火源附近15m以内隧道内的温度下
300
降非常明显;在竖井长宽比为1.25和2.5的情况下,
隧道内的烟气层高度明显高于通风竖井长宽比为5时
隧道内的烟气层高度。因此,在满足排烟和人员疏散
100
要求的情况下,应该考虑竖井长宽比对区间隧道火灾
自然排烟的影响。从隧道内温度变化和烟气层高度变
离火源的距离/m
化看,推荐通风竖井的长宽比控制在1.25~2.5范
图4不同竖井埋深下人眼特征高度的温度变化
围内。
500
竖井长宽比1.25
5.0
400
一竖井长宽比2.50
竖井长宽比5,00
竖井理深5m
一竖井埋深10m
竖井埋深15m
30
40
离火源的距离/m
离火源的距离/m
图2不同竖井长宽比下人眼特征高度的温度变化
图5不同竖井埋深下烟气层高度的变化
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