地鐵車廂著火時(shí)有屏蔽門送風(fēng)下的煙氣流動(dòng)

周曉宇 方早 苗明東 李兆盟 南昌航空大學(xué) 土木建筑學(xué)院

地鐵車廂著火時(shí)有屏蔽門送風(fēng)下的煙氣流動(dòng)

周曉宇 方早 苗明東 李兆盟 南昌航空大學(xué) 土木建筑學(xué)院

隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，交通這一方面已經(jīng)成為緊扣市民生活的一部分了。因?yàn)榈罔F比較封閉，人員密集度很大，所以一旦車廂內(nèi)發(fā)生火災(zāi)而地鐵駛進(jìn)站臺(tái)時(shí)，火勢(shì)發(fā)展迅速，就可能會(huì)在短時(shí)間擴(kuò)散到整個(gè)列車并且嗆人煙氣將會(huì)彌漫入站臺(tái)，造成人員傷亡和重大的經(jīng)濟(jì)損失。本文通過計(jì)算流體力學(xué)的數(shù)值模擬方法，針對(duì)站臺(tái)屏蔽門頂部是否安裝機(jī)械送風(fēng)裝置，分析其對(duì)煙氣流動(dòng)的影響，對(duì)比安裝前后的煙氣濃度和速度分布，給地鐵火災(zāi)安全的防范提供參考依據(jù)。這樣研究鐵車廂發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙氣流動(dòng)的規(guī)律能夠有效阻隔煙氣流出對(duì)人們產(chǎn)生的影響。

地鐵火災(zāi) 煙氣流動(dòng) 煙氣濃度 速度分布

在國內(nèi)有中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院的鐘茂華和史聰靈等建立了1：10的小尺寸深埋島式地鐵站的模型,開展了列車火災(zāi)和站臺(tái)火災(zāi)的實(shí)驗(yàn),研究了站臺(tái)與站廳連接處的風(fēng)速以及地鐵火災(zāi)時(shí)不同排煙模式的有效性；那艷玲用鹽水實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)地鐵火災(zāi)煙氣流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了模擬研究,并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬進(jìn)行了比較。在國王十字地鐵發(fā)生火災(zāi)后，Simcox S, Wilkes NS等人計(jì)算機(jī)模擬了熱氣體的流動(dòng)結(jié)果，而這些模擬是負(fù)責(zé)第一關(guān)注的壕溝效應(yīng)，而Drysdale DD, Macmillan AJR等人澄清了這一機(jī)制的火災(zāi)；Chen F, Guo S, Chuay H等學(xué)者使用大渦模擬（LES）研究火災(zāi)煙氣擴(kuò)散規(guī)律，浮在一個(gè)地鐵站驅(qū)動(dòng)模擬。

這些大部分是考慮假設(shè)火災(zāi)發(fā)生于站廳層以及站臺(tái)位置處的情況，對(duì)于在地鐵車廂內(nèi)由于內(nèi)在或認(rèn)為因素造成的火災(zāi)并沒有過多的系統(tǒng)系說明與研究。本文將通過系統(tǒng)的模擬地鐵車廂內(nèi)有火源并發(fā)生火災(zāi)產(chǎn)生大量煙氣的時(shí)候研究煙氣的流動(dòng)規(guī)律，為日后更深的研究以及通風(fēng)防護(hù)措施提供依據(jù)。

1 研究內(nèi)容

1.1 建立模型

本次模擬為地鐵的一節(jié)車廂與軌道，尺寸為長20．00m×寬5．00m×高6．00m，隧道內(nèi)有一節(jié)地鐵車廂，車廂尺寸大小為長20．00m×寬3．00m×高3．80m，每個(gè)相鄰門之間的間距是5．00m，隧道頂部開四個(gè)洞口作為排風(fēng)口，這些排風(fēng)口可以吹去飄到隧道上方的煙氣，隧道上方的四個(gè)排煙口，每個(gè)排煙口尺寸大小為0．80m×0．60m，相鄰排煙口間距5．00m。設(shè)置火源燃燒物的大小洞口為0．60m×0．60m，假定熱釋放速率是5．00MW。風(fēng)扇可以正壓送風(fēng)，裝備的大小為1．50m×0．10m×0．10m。在火源正上方位置和站臺(tái)中間位置每1m處都添加一個(gè)熱電偶，用來感應(yīng)不同高度位置處的溫度變化和煙氣濃度以及CO2濃度。

1.2 數(shù)值計(jì)算

在發(fā)生火災(zāi)的情況下，車廂兩側(cè)的門都是打開狀態(tài)，是為了便于排出煙氣。站臺(tái)一側(cè)有四個(gè)屏蔽門與車廂的四個(gè)門相通，在每個(gè)屏蔽門的頂部有尺寸為0．2m×1．5m的開口模擬機(jī)械送風(fēng)裝置。在以下的分析中，我們模擬當(dāng)?shù)罔F?？空九_(tái)的時(shí)候車廂內(nèi)某處存在火源并且燃燒起來有大量煙氣冒出，處于這樣一種情況下時(shí)，比較在屏蔽門頂部沒有安裝機(jī)械送風(fēng)裝置的工況和有安裝機(jī)械送風(fēng)裝置的工況下的煙氣流動(dòng)。

2 模型結(jié)果分析與比較

2.1 CO2濃度比較

送風(fēng)裝置會(huì)在屏蔽門處形成具有一定流動(dòng)速率的風(fēng)幕，有較強(qiáng)壓力的風(fēng)幕吹散煙氣和CO2，這樣CO2的濃度將會(huì)驟減使得火災(zāi)所產(chǎn)生的很少量的CO2直接從大屏蔽門沖進(jìn)入站臺(tái)；相反的而且是從屏蔽門的底部流入站臺(tái)，這時(shí)的CO2量很多一部分已經(jīng)被風(fēng)幕阻隔在車廂內(nèi)部。比較沒有送風(fēng)裝置的處于屏蔽門中上方范圍，有送風(fēng)裝置的范圍被風(fēng)幕吹到屏蔽門下方，即CO2濃度被風(fēng)幕吹散至上方和下方，十分有效的減少了多數(shù)CO2涌漫入站臺(tái)位置。

2.2 煙氣速度比較

機(jī)械送風(fēng)裝置在屏蔽門頂部處正在向下送風(fēng)，速度垂直向下，形成風(fēng)幕；帶有熱量的煙氣收到高速的風(fēng)幕壓力的影響，被高速的風(fēng)向下壓到屏蔽門底部，這樣一來就只有很少量的煙氣從屏蔽門的底部進(jìn)入站臺(tái)，可以看到圖中藍(lán)色點(diǎn)點(diǎn)箭頭的方向的清晰轉(zhuǎn)變，煙氣速度方向形象的變成了一個(gè)螺旋的回字形，到達(dá)屏蔽門底部再平行站臺(tái)底部，碰到站臺(tái)內(nèi)側(cè)壁后在熱浮力作用下，繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，之后才進(jìn)入站廳。

3 結(jié)論

（1）沒有裝送風(fēng)裝置的時(shí)候站臺(tái)處煙氣濃度十分大，站臺(tái)的CO2濃度很大，站臺(tái)溫度在屏蔽門頂部十分高以及火源切片溫度很高都有著不利的影響。

（2）裝有送風(fēng)裝置時(shí)，屏蔽門上方產(chǎn)生的風(fēng)幕氣流能夠有效地隔離車廂內(nèi)外的煙氣流動(dòng)，限制了氣流的流出，不但只有少量的煙氣、有毒氣體和強(qiáng)烈高溫并且不會(huì)影響車廂上的人員逃生進(jìn)入站臺(tái)，而且能有效抑制煙氣流入站臺(tái)，并能提高隧道排煙系統(tǒng)的排煙效率。最終也會(huì)對(duì)救援行動(dòng)有十分大的幫助。

（3）日后對(duì)于已建好或未修建好的地鐵，建議在屏蔽門頂部位置添加一個(gè)正壓送風(fēng)裝置，設(shè)計(jì)其送風(fēng)的速率可以為一定值。當(dāng)火源處于車廂內(nèi)也就是車廂內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，地鐵停車靠站便打開屏蔽門上的送風(fēng)裝置形成風(fēng)幕阻止煙氣流出。

[1]史聰靈,鐘茂華,涂旭煒,鄧云峰,符泰然,何理. 深埋島式地鐵車站站臺(tái)火災(zāi)時(shí)煙氣蔓延數(shù)值分析[J]. 中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2006,(03):17-22+148.

[2]鐘委, 紀(jì)杰, 楊健鵬. 含屏蔽門地鐵站煙氣控制系統(tǒng)有效性的熱煙實(shí)驗(yàn)研究[J]. 鐵道學(xué)報(bào), 2010, 32(6):90-95.

[3]Simcox S, Wilkes NS, Jones IP. Computer simulation of the flows of hot gases from the fire at King’s Cross underground station. Fire Safety Journal, 1992, 18(1): 49-73.