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

地鐵車廂著火時有屏蔽門送風(fēng)下的煙氣流動

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。因為地鐵比較封閉，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)站臺時，火勢發(fā)展迅速，就可能會在短時間擴(kuò)散到整個列車并且嗆人煙氣將會彌漫入站臺，造成人員傷亡和重大的經(jīng)濟(jì)損失。本文通過計算流體力學(xué)的數(shù)值模擬方法，針對站臺屏蔽門頂部是否安裝機(jī)械送風(fēng)裝置，分析其對煙氣流動的影響，對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)時煙氣流動的規(guī)律能夠有效阻隔煙氣流出對人們產(chǎn)生的影響。

地鐵火災(zāi) 煙氣流動 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)和站臺火災(zāi)的實驗,研究了站臺與站廳連接處的風(fēng)速以及地鐵火災(zāi)時不同排煙模式的有效性；那艷玲用鹽水實驗臺對地鐵火災(zāi)煙氣流動規(guī)律進(jìn)行了模擬研究,并將實驗結(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等人計算機(jī)模擬了熱氣體的流動結(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，浮在一個地鐵站驅(qū)動模擬。

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位置處的情況，對于在地鐵車廂內(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)生大量煙氣的時候研究煙氣的流動規(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，每個相鄰門之間的間距是5．00m，隧道頂部開四個洞口作為排風(fēng)口，這些排風(fēng)口可以吹去飄到隧道上方的煙氣，隧道上方的四個排煙口，每個排煙口尺寸大小為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中間位置每1m處都添加一個熱電偶，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。站臺一側(cè)有四個屏蔽門與車廂的四個門相通，在每個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_的時候車廂內(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，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。

2 模型結(jié)果分析與比較

2.1 CO2濃度比較

送風(fēng)裝置會在屏蔽門處形成具有一定流動速率的風(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；相反的而且是從屏蔽門的底部流入站臺，這時的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，可以看到圖中藍(lán)色點點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螺旋的回字形，到達(dá)屏蔽門底部再平行站臺底部，碰到站臺內(nèi)側(cè)壁后在熱浮力作用下，繼續(xù)向上運(yùn)動，之后才進(jìn)入站廳。

3 結(jié)論

（1）沒有裝送風(fēng)裝置的時候站臺處煙氣濃度十分大，站臺的CO2濃度很大，站臺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，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，限制了氣流的流出，不但只有少量的煙氣、有毒氣體和強(qiáng)烈高溫并且不會影響車廂上的人員逃生進(jìn)入站臺，而且能有效抑制煙氣流入站臺，并能提高隧道排煙系統(tǒng)的排煙效率。最終也會對救援行動有十分大的幫助。

（3）日后對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正壓送風(fēng)裝置，設(shè)計其送風(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，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火災(zāi)時煙氣蔓延數(shù)值分析[J]. 中國安全科學(xué)學(xué)報,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)有效性的熱煙實驗研究[J]. 鐵道學(xué)報, 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.