劉增旭 劉鵬 肖景洋 劉博 趙賽

摘要：本文以某地鐵車廂為例，基于火災(zāi)動力學(xué)模擬軟件FDS，建立了列車火災(zāi)模型，研究了無細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作用、有細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作用、氮?dú)?細(xì)水霧滅火系統(tǒng)同時作用三種情況下通風(fēng)條件對滅火效果的影響。結(jié)果表明：有細(xì)水霧和氮?dú)庾饔每梢杂行Ы档蛙噹麅?nèi)部溫度，控制有害氣體濃度，延長可用的安全疏散時間。

【關(guān)鍵詞】細(xì)水霧;氮?dú)?細(xì)水霧;滅火系統(tǒng);滅火特性

地鐵的不斷普及在給我們帶來出行便利的同時也給我們帶來很大的安全風(fēng)險(xiǎn)問題。如今，地鐵列車發(fā)生火災(zāi)的情況時有發(fā)生，后果十分嚴(yán)重。

現(xiàn)有研究表明，通風(fēng)條件對細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的滅火性能存在影響。等將數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)?zāi)M相結(jié)合，研究通風(fēng)條件下細(xì)水霧抑制木垛火的性能;發(fā)現(xiàn)，在隧道中加入細(xì)水霧滅火系統(tǒng)能夠有效的延長疏散時間。

本文以三節(jié)車廂為模型，由車體兩端連接部位的開口和破裂的車窗提供通風(fēng)條件，研究車廂內(nèi)無細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作用、有細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作用、氮?dú)?細(xì)水霧滅火系統(tǒng)同時作用三種情況下的滅火效果。

1.模型和算例

1.1?列車模型

建立地鐵列車模型如圖1所示。該模型由三節(jié)車廂組成，每節(jié)車廂的尺寸為19m×2.8m×2.8m，有10個窗戶，8扇門。選用3.6m²庚烷油池火作為模擬列車中15MW的火源?；鹪丛O(shè)置在中間車廂。

模擬過程中在車廂內(nèi)設(shè)置測點(diǎn)監(jiān)測CO，CO₂濃度的變化，測點(diǎn)布置在距列車車廂底部1.5m處，布設(shè)位置見圖2。每節(jié)車廂共選用36個測點(diǎn)，測點(diǎn)之間的距離是0.5m。

每節(jié)車廂共8個細(xì)水霧噴頭，如圖3所示。對稱區(qū)域中細(xì)水霧噴頭的距離為2.5m。

1.2?細(xì)水霧參數(shù)設(shè)置

模擬中設(shè)置細(xì)水霧噴頭在10s時啟動，噴射持續(xù)時間為300s，在310s時停止噴射，細(xì)水霧作用總時長為300s。模擬過程中，只有中間火源車廂的八個噴頭會啟動。細(xì)水霧噴頭的參數(shù)如表1所示。

1.3?氮?dú)鈪?shù)設(shè)置

氮?dú)夤δ?個噴頭，在使用時同時噴放，其具體參數(shù)如表2所示。

1.4算例

為研究地鐵車廂內(nèi)滅火系統(tǒng)的特性，本文設(shè)置3種工況，即：在通風(fēng)條件下無細(xì)水霧滅火系統(tǒng)、有細(xì)水霧滅火系統(tǒng)以及氮?dú)?細(xì)水霧滅火系統(tǒng)同時作用。選用火災(zāi)模擬軟件FDS進(jìn)行模擬分析。

2.結(jié)果與分析

設(shè)定車窗在600℃破裂，此時通風(fēng)由車體兩端連接部位的開口和破裂的車窗提供。比較分析有無細(xì)水霧滅火系統(tǒng)及氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)對滅火效果的影響，其中氮?dú)夂图?xì)水霧滅火系統(tǒng)同時在10s時開始噴放，持續(xù)300s。

圖5給出了車廂平均溫度隨時間變化曲線圖。由圖可知當(dāng)細(xì)水霧滅火系統(tǒng)以及氮?dú)?細(xì)水霧滅火系統(tǒng)開始作用后，溫度迅速降低，車廂內(nèi)溫度得到了有效的控制;當(dāng)滅火系統(tǒng)都停止作用時，車廂度便迅速回升，最終能達(dá)到和無細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作用時一樣的溫度。這說明，車窗破裂且施加細(xì)水霧滅火系統(tǒng)和氮?dú)?細(xì)水霧滅火系統(tǒng)雖然可以有效的控制火災(zāi)的規(guī)模，但是在300s內(nèi)，兩種滅火系統(tǒng)均不能將油池火完全撲滅。

圖7和圖8分別是車廂平均CO和CO₂濃度隨時間變化曲線圖，可以看出，在不同情況下，兩者濃度的變化趨勢相同。當(dāng)無細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作用時，火災(zāi)初期，兩者濃度上升迅速，隨后濃度在一段時間內(nèi)出現(xiàn)波動。火災(zāi)后期，兩者濃度上升。這說明，兩種滅火系統(tǒng)中，車廂CO和CO₂濃度均有降低;但是當(dāng)兩者均失去作用時，車廂1.5m處平均CO濃度和平均CO₂濃度均迅速回升至沒有細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作用時的狀態(tài)。

3.結(jié)束語

通風(fēng)條件下，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)和氮?dú)?細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的滅火效果體現(xiàn)在其可以有效降低車廂內(nèi)部溫度，控制有害氣體濃度，延長可用的安全疏散時間，但不能撲滅極端庚烷油池火;添加氮?dú)獾臏缁鹣到y(tǒng)可以延緩車窗破裂的時間。

【參考文獻(xiàn)】

[1]朱偉，陳呂義.通風(fēng)條件下細(xì)水霧滅火的臨界水流率[J].燃燒科學(xué)與技術(shù)，2008（05）：412-416.

[2]王鑫. 水滅火系統(tǒng)對地鐵隧道中人員疏散的影響研究[D].沈陽航空航天大學(xué)，2015.

項(xiàng)目支持：2016年國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題《城市軌道交通裝備本構(gòu)安全技術(shù)》（項(xiàng)目編號：2016YFB1200404）