劉平

（神華新疆化工有限公司，新疆 烏魯木齊 831404）

列車硬座車廂火災(zāi)數(shù)值模擬分析及防止措施

劉平

（神華新疆化工有限公司，新疆 烏魯木齊 831404）

本文通過對列車硬座車廂火災(zāi)數(shù)值模擬分析，對火災(zāi)發(fā)展過程進(jìn)行了研究，并提出優(yōu)化方案。

煙霧濃度；能見度；疏散時(shí)間

目前鐵路運(yùn)輸成為人們出行和貨物運(yùn)輸?shù)闹饕问街唬译S著生活水平的提高和人們對列車安全性和舒適性要求的不短增加，密閉的列車成為當(dāng)前的主要列車形式。密閉列車在給人們帶來舒適性的同時(shí)，存在著一個(gè)巨大的安全隱患——火災(zāi)。由于列車的密閉性，一旦發(fā)生火災(zāi)對人們的危害要比其他列車要大，而其中對人們健康和安全影響最大的就是煙氣傷害，這也是火災(zāi)中對人們影響最為嚴(yán)重的災(zāi)害之一，因此當(dāng)前十分有必要研究列車內(nèi)的通風(fēng)排煙系統(tǒng)及火災(zāi)中的煙氣發(fā)展影響。

1 列車硬座車廂火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析

（1）列車火災(zāi)危險(xiǎn)源分析。第一類危險(xiǎn)源包括可燃物、火災(zāi)煙氣及燃燒產(chǎn)生的有毒有害氣體成分；內(nèi)飾材料，各種電器線路，一些易燃，易爆危險(xiǎn)品。第二類危險(xiǎn)源是為了防止火災(zāi)發(fā)生、降低火災(zāi)危害所采取的措施中存在的缺陷。

（2）列車火災(zāi)的主要原因。一是人為的不安全行為；二是物質(zhì)的不安全狀態(tài)；三是車輛技術(shù)的缺陷。而人為的不安全行為是最主要的因素。

（3）列車火災(zāi)的特點(diǎn)。旅客列車上可燃物多，火災(zāi)蔓延速度快；蓄煙量少，易造成人員中毒身亡；人群擁擠，疏散困難；火車象一條長匣子，撲救困難。

2 列車車廂內(nèi)部煙氣運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬

由于遮光性、毒性、缺氧和高溫的影響，煙氣是火災(zāi)中造成人員傷亡的重要原因。為了減小煙氣對人的危害和財(cái)產(chǎn)的損失，我們有必要對火災(zāi)煙氣的發(fā)展規(guī)律進(jìn)行研究，掌握其發(fā)展規(guī)律，為人員的疏散和列車管理及運(yùn)行提供參考。

2.1 列車車廂模型的選取與簡化

以鐵路YW25T型空調(diào)硬座車一節(jié)車廂內(nèi)部空間作為模擬計(jì)算對象，計(jì)算區(qū)域的尺寸為：25.5m×3.0m×2.5m(長×寬×高)，車廂左右兩側(cè)各有12個(gè)座椅，車廂定員為96人，空調(diào)送風(fēng)方式為頂部送風(fēng)，回風(fēng)方式為側(cè)回風(fēng)，即在車廂兩端利用車門回風(fēng)。

真實(shí)列車車廂的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，具有許多不規(guī)則形狀的部件，要完全模擬其內(nèi)部的湍流流場、溫度場及煙氣濃度場，無論從計(jì)算時(shí)間、計(jì)算機(jī)容量以及計(jì)算過程中技術(shù)問題的考慮十分困難。因此，本文在研究中忽略列車的外部尺寸，忽略車廂內(nèi)部細(xì)小部件的影響，認(rèn)為座椅等是由阻燃材料組成，忽略車廂內(nèi)人的影響。這樣更有利于研究的開展。

2.2 計(jì)算區(qū)域的網(wǎng)格劃分

本論文需要計(jì)算的是列車車廂的內(nèi)部場的分布，因此計(jì)算域就是整個(gè)的車廂內(nèi)部空間。根據(jù)列車車廂幾何模型的特點(diǎn)和溫度梯度的不同，分別以車廂長、寬、高作為坐標(biāo)的X、Y、Z方向，在直角坐標(biāo)系下劃分計(jì)算網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)目為50×6×25。

2.3 煙氣的發(fā)展

選擇的是穩(wěn)態(tài)快速增長火源a=0.04689，火源處于列車中間地面,因?yàn)檐噹麅啥硕加虚_口，通風(fēng)條件相對較好。這種做法顯得有點(diǎn)保守，但是這正是火災(zāi)危險(xiǎn)分析所要求的。本論文火源面積選0.5×0.5m2、0.8×0.8m2，火源釋熱速率取3MW和2.5MW對比。火源不斷地向周圍釋放熱量和產(chǎn)生煙。

2.4 模擬的工況

在列車中間地面設(shè)置快速增長火源，火災(zāi)增長系數(shù)a=0.04689，火源功率取3MW，火源面積取0.5×0.5m2，90秒時(shí)溫度達(dá)到極限60℃，80秒可見度達(dá)到極限10m，當(dāng)煙氣層達(dá)到距離地板高1.8m時(shí)，將影響人員正常疏散。

在列車中間地面設(shè)置快速增長火源，火災(zāi)增長系數(shù)04689.0=α，火源功率取3MW，火源面積取0.8×0.8m2，80秒時(shí)溫度達(dá)到極限60℃，70秒可見度達(dá)到極限10m，當(dāng)煙氣層達(dá)到距離地板高1.8m時(shí)，將影響人員正常疏散。

在列車中間地面設(shè)置快速增長火源，火災(zāi)增長系數(shù)a=0.04689，火源功率取2.5MW，火源面積取0.5×0.5m2，110秒時(shí)溫度達(dá)到極限60℃，75秒可見度達(dá)到極限10m，當(dāng)煙氣層達(dá)到距離地板高1.8m時(shí)，將影響人員正常疏散。

3 優(yōu)化方案的提出及可行性分析

在火源的功率不同和火源面積不同的情況下，對列車火災(zāi)進(jìn)行分析比較。當(dāng)火源功率越大時(shí)，對人員的安全疏散危害越大；火源面積越大，對人員的安全疏散影響越大。

荷載隨時(shí)間變化而變化的荷載即移動(dòng)荷載，與大小方向沒有關(guān)系，且大小不為0。列車作為主要的交通運(yùn)輸工具，由于列車上乘客攜帶了大量的物品，這些物品大大增加了列車的火災(zāi)安全隱患。根據(jù)火源的增長速度，火源可分為超快速火源、快速火源、中速火源、慢速火源、其火災(zāi)增長因子為0.1876、0.04689、0.001127、0.002931。列車上乘客主要攜帶的物品基本包括：乘客衣物，纖維物品，裝滿物品布袋、塑料泡沫、紙箱，皮箱，木制品等等。汽油、易燃物品等（禁止攜帶）屬于超快速增長，火災(zāi)增長因子0.1876；紙箱、塑料泡沫、裝滿物郵袋屬于超快速增長，火災(zāi)增長因子0.04689；木制品、衣物、纖維物品屬于中速和慢速增長，火災(zāi)增長因子0.001127、0.002931。基于此，本文提出了優(yōu)化方案。

3.1 優(yōu)化方案的提出

（1）優(yōu)化方案一。減少乘客攜帶物品的量。兒童隨身攜帶的物品為10kg，成人20千克，其中外交人員35kg。一節(jié)車廂96人，Q=3MW，當(dāng)每人減少攜帶物品一半時(shí)，減少質(zhì)量M=5×10×15×96，根據(jù)火源功率=質(zhì)量燃燒速率×燃燒效率因子×單位質(zhì)量可燃物熱值0.7MW，火源功率取3MW-0.7MW=2.3MW，火源面積取0.5×0.5m2。

時(shí)間達(dá)到115s時(shí)，列車車廂內(nèi)離地面高度為1.8m處煙氣溫度達(dá)到60℃，影響人員安全疏散。

時(shí)間達(dá)到85s時(shí)，車廂內(nèi)1.8m高處的能見度將小于10m，將影響人員的安全疏散。

時(shí)間達(dá)到320s時(shí)，列車車廂內(nèi)離地面高度為1.8m處CO2隨時(shí)間的變化而變化，當(dāng)空氣中CO2達(dá)到0.3%，會(huì)影響到人員的安全疏散。

列車車廂內(nèi)離地面高度為1.8處CO隨時(shí)間的變化而變化，當(dāng)空氣中CO達(dá)到1000ppm，會(huì)影響到人員的安全疏散。

（2）優(yōu)化方案二。只允許乘客攜帶火災(zāi)中速增長物品或火災(zāi)慢速增長物品a=0.001127，兒童隨身攜帶的物品為10千克，成人20kg，其中外交人員35千克，Q=3MW火源面積取0.5×0.5m2。通過FDS建立模型進(jìn)行分析。

火災(zāi)釋熱速率車廂內(nèi)1.8m處溫度變化情況當(dāng)時(shí)間達(dá)到450s時(shí)，人員疏散將受到溫度影響。

車廂內(nèi)1.8m處能見度當(dāng)時(shí)間達(dá)到350s時(shí)，人員疏散將受到能見度的影響。

車廂內(nèi)1.8m處CO2當(dāng)時(shí)間達(dá)到500s時(shí)，CO2會(huì)影響到人員的安全疏散。

3.2 優(yōu)化方案的可行性

方案一是通過限制乘客攜帶可燃物品的量來減少火災(zāi)，通過方案一可以為火災(zāi)人員疏散獲得很少的疏散時(shí)間這種方案在實(shí)際火車管理和運(yùn)營中不經(jīng)濟(jì)，也不合理。方案二是通過限制乘客攜帶可燃物品的種類，只準(zhǔn)乘客攜帶火災(zāi)增長速度較慢的物品，通過這種方案可以為火災(zāi)中人員獲得較多的安全疏散時(shí)間（250～300s），但這種方案限制乘客攜帶物品，會(huì)給旅客帶來不便。

3.3 防止火災(zāi)發(fā)生、降低火災(zāi)危害措施

（1）內(nèi)裝修材料盡量使用不燃或難燃材料，窗簾和座椅外罩進(jìn)行阻燃處。

（2）定期檢查火車上的各種電氣線路，及時(shí)更換故障線路。

（3）實(shí)行防火責(zé)任制，并派專人負(fù)責(zé)全車的防火安全檢查，并負(fù)責(zé)對乘客進(jìn)行防火教育。定期巡邏，及時(shí)消除火災(zāi)隱患。每節(jié)車廂應(yīng)準(zhǔn)備一根鐵棍或者榔頭等工具，以備必要時(shí)使用。

（4）加強(qiáng)列車防火管理。禁止在車廂內(nèi)吸煙和使用明火，禁止亂扔煙頭。對于臥鋪車廂的乘客，更應(yīng)教育他們不要在車廂內(nèi)吸煙，更不能躺在臥鋪上吸煙。加強(qiáng)進(jìn)站前對易爆、易燃危險(xiǎn)品的檢查。

（5）應(yīng)按相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求配備相關(guān)滅火設(shè)施，并對其進(jìn)行定期檢查、檢修。

（6）限制客流量。應(yīng)采取措施，對火車的乘載人數(shù)進(jìn)行限制，避免火車內(nèi)乘客過于擁擠。

4 結(jié)語

通過對車廂內(nèi)煙氣流動(dòng)的研究，了解溫度場和煙氣濃度場的分布，可以采取更好的緊急滅火及排煙措施，有助于控制火勢向相鄰車廂發(fā)展。掌握火災(zāi)發(fā)生時(shí)列車內(nèi)的溫度分布規(guī)律，不僅是確定列車的耐火性能和防火分隔及布置消防設(shè)施的關(guān)鍵，而且對構(gòu)建物各部分的材料選擇和構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等具有重要的意義，并對火災(zāi)報(bào)警裝置的安裝位置提供指導(dǎo)。

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1671-0711（2017）03（上）-0175-02