不同隧道坡度与车厢火灾位置情况下烟气蔓延特性研究*

为研究含坡度隧道不同火源位置情况下车厢火灾烟气蔓延特性,采用CFD数值模拟方法,建立全尺寸地铁隧道与列车数值模型,研究车厢不同火源位置情况下火灾烟气纵向温度分布规律,探讨倾斜隧道车厢火源位置对烟气蔓延的影响。研究结果表明:当火灾烟气蔓延处于纵向通风惯性力与热浮力竞争作用控制阶段时,火源位于车厢上游方向时火灾烟气向车厢方向蔓延距离小于火源位于车厢下游方向情况,且随坡度增大,火源位于车厢上游方向烟气逆流长度不断减小,位于下游方向烟气逆流长度不断增大;当纵向通风风速达到2 m/s时,火源位于车厢上下游方向2种情况下,列车车厢方向均无烟气蔓延（逆流长度为0）,此时火灾烟气蔓延将主要由纵向通风控制,隧道坡度无显著影响。     

铁路隧道救援站火灾模拟实验平台设计及细水雾系统抑制车厢火灾的模拟实验研究

按照1：1尺度设计了实验平台,包括模拟隧道、模拟列车、排烟系统、火灾监控系统、火灾扑救系统以及火灾参数测量系统,是国内第一个专门对铁路隧道救援站的火灾安全性进行系统研究的全尺寸实验平台。实验平台可实现温度场、燃烧成分、火源热辐射等关键参数的测量;可研究不同工况条件下,火灾监控、火灾扑救技术和烟气控制技术的有效性,为发现火灾特征参数的演变规律和掌握有效的火灾控制技术提供了一整套解决方案,具有广阔的应用前景和重要的实际指导意义。本文建立并利用这样一个全尺寸实验平台进行了细水雾灭火系统抑制车厢火灾的模拟实验研究,获取温度、有毒有害气体浓度、热辐射等火场重要参数,发现细水雾灭火系统可有效的抑制车厢火灾,并验证了此实验平台用于铁路隧道内列车火灾实验研究的可行性和有效性。     

低真空隧道列车车厢内部火灾乘客疏散方案

为探究真空管道运输系统内列车火灾的人员疏散问题及烟气蔓延规律,运用火灾模拟软件(FDS)及人员仿真疏散软件Pathfinder,以低真空隧道内由5节车厢构成的高速列车车厢火灾时乘客疏散为研究对象,综合比较10种疏散方案中疏散时间、烟气蔓延程度及CO体积分数,得到乘客最佳疏散方案,并设计救援车对接高速列车车门的辅助疏散方式。结果表明：当着火车厢的乘客疏散至相邻车厢时,乘客的最佳疏散方式为靠近门口的2排乘客与靠近火源的1排乘客同时离开,随后按照与火源的距离由近到远逐排撤离。若采用救援车辅助疏散,当火灾发生在车厢1、车厢2或车厢3时,救援车到达后完成全车乘客疏散的总用时分别为533、586和376 s;车厢1发生火灾时,门1的利用时间为200 s;车厢2发生火灾时,门1的利用时间为145 s;当车厢3发生火灾时,2个门的利用率较为均衡。因此,在实际疏散时,可以采用语音播报的形式引导乘客充分利用好2个车门,以节约疏散时间。     

地铁单面坡隧道列车火灾通风模式研究

针对地铁单面坡隧道连续下坡距离长、提升高度大的特点，以国内某城市地铁线路为研究对象，构建列车火灾通风排烟数值计算模型，并采用1:20模型实验对数值计算精确度进行验证，通过考虑列车起火位置、风机开启模式和隧道断面形式等因素，对火灾烟气扩散过程、疏散平台上方烟气温度和气体浓度进行分析。研究结果表明:列车起火后，单洞单线隧道2端车站应各开启2台隧道风机，单洞双线隧道除开启射流风机外，2端车站应各开启4台隧道风机执行相应的排烟和送风模式进行烟气控制；由于单洞双线隧道中热损失和空气卷吸量较大，火灾烟气温度、CO和CO2浓度均低于单洞单线隧道；采用纵向通风控制烟气逆流的同时，下风向区域的烟气沉降作用较为明显，防排烟设计中应充分考虑列车中部火灾下风向车厢区域的危险性，合理确定应急响应模式。     

某地铁站突发事件乘客疏散行为分析研究(1)——统计分析

为了掌握突发事件下,乘客疏散速度,疏散时间等数值;基于某地铁站突发事件区间隧道乘客紧急疏散事故案例,采用统计分析突发事件下乘客在列车车厢、区间隧道平均疏散速度、平均疏散时间、触发列车设备等数据;结果表明:突发事件地铁运营公司反应时间为3分39秒;乘客在列车车厢内总体平均疏散速度0.08m/s,总体平均疏散时间3.31s/人;乘客在区间隧道疏散总体平均疏散速度0.145m/s,总体平均疏散时间4.10s/人等数值。为地铁设计人员、地铁安全评估、仿真模型、地铁运营安全管理、应急疏散预案的编制提供参考。     

基于全尺寸火灾试验的高速列车火源功率确定分析

如何科学设定火源功率是研究高速列车火灾防治的基础和关键,目前大多数研究均基于假定火灾设计,缺乏系列全尺寸火灾基础试验数据,对此国内外研究尚处于空白。本文以CRH1为研究对象,采用全尺寸火灾试验,分别对车厢座椅、行李、窗帘等车厢内主要可燃物引燃特性、质量损失速率、烟气释放速率、温度场分布等火灾参数及燃烧行为特性进行定量分析;在此基础上,运用热释放速率分段线性叠加、质量损失速率计算及t2稳定火源模型等方法计算分析,最终创造性提出高速列车车厢火源功率应为37MW,进而为高速列车火灾危险性分析及火灾综合防治技术研究提供科学理论依据。     

重载铁路隧道可燃物极大丰富条件下火灾温度场数值模拟

针对重载铁路隧道内重载列车运载大量可燃物贯穿整条隧道的情况,建立了500m双线重载铁路隧道模型,利用大涡模拟技术,采用数值模拟的方法探讨了可燃物极大丰富条件下重载铁路隧道内,不同初始火源功率、起火位置下可燃物(红松木)火灾蔓延规律,进而分析了重载列车起火后隧道内火灾沿纵向、横向的温度分布特点、变化规律及后果影响。结果表明:重载铁路隧道内重载列车一旦发生火灾,不同起火位置对火灾向周围的蔓延速度有着明显的影响,而当火灾发生大面积蔓延时,由于隧道内通风量受限,将最终形成两侧隧道口附近燃烧剧烈,而中部较长区域燃烧受到显著抑制的特点。这也导致了隧道内拱顶附近处的最高温度位置由初始火源正上方,沿纵向逐渐向隧道洞口移动,并最终稳定在两侧隧道口附近,同时隧道中部温度也发生大幅度降低,这种温度分布特征对隧道衬砌结构损伤及破坏将产生重要影响。     

低真空隧道列车车厢内部火灾温度分布特征

为解决低真空隧道内高速列车运营时,火灾突发事件中出现的危险性、列车结构的完整性及人员安全等问题,以低真空隧道内的高速列车车厢为研究对象,首先用数值模拟的方法,探究着火车厢内部发生火灾后的温度衰减特征;然后分析相邻车厢内部的温度分布情况;最后研究着火车厢内部最大温度的分布特征。结果表明：着火车厢及相邻车厢顶棚处沿着纵向的温度呈指数形式衰减;相邻车厢内,功率对温度衰减影响较大,即：低火源功率(0.3～0.6 MW)下,高温烟气蔓延相对较弱,相邻车厢内乘客相对安全;中火源功率(0.7～1.1 MW)下,高温烟气蔓延显著,由于受到车厢壁面以及车门的影响出现温度突变点;高火源功率(1.2～1.5 MW)下,热羽流强度较高,高温烟气蔓延受车厢壁面以及车门的影响相对较小,在车厢连接部分与相邻车厢内的高温蔓延趋势基本一致。车厢内的最大温度与火源功率及火源至顶棚的距离有关,并存在线性关系。     

基于FDS的车厢火灾烟气流动的数值模拟分析

使用FDS火灾模拟软件对列车车厢进行火灾模拟,得到车厢内温度与烟气浓度随时间变化的规律,计算出临界温度与临界可视距离出现的时间,发现在车厢火灾中,总是烟气浓度先达到临界点。车厢火灾的疏散防控措施中,控制烟气浓度应是重点工作。     

深埋地铁岛式站点火灾模型实验研究(2)--列车火灾

列车停靠站台时一旦发生火灾,火灾烟气将向站台和区间隧道空间蔓延.尤其对于深埋地铁车站,如何控制车站列车火灾是地铁设计过程中必需解决的科学问题之一.这里,笔者利用深埋地铁车站模型实验台研究了列车停靠在站台时发生火灾情况下,火灾烟气蔓延规律,分析了火灾烟气有效控制方案,研究结果有利于火灾时深埋车站排烟模式的选择.     

高速列车运行中火灾状态结构安全分析

为了分析高速列车火灾时在紧急制动以后运行的安全性,选取列车在隧道内运行的场景,通过FDS软件模拟得到火灾后车体内温度场,基于一维热传导理论得到车体结构的温度场分布,在车体结构材料本构中考虑高温对强度及刚度的弱化影响,通过ABAQUS计算列车在最大压缩载荷和拉伸载荷作用下的应力分布和垂向位移。通过分析得到车体大面积温度在500℃左右;最大压缩载荷下车体底架前部构件出现断裂失效,底架中间出现裂纹,中间的垂向位移在42～80 mm之间,最大拉伸载荷下车体损伤略小,车体未出现断裂,底架前部和中间的垂向位移在40～50 mm范围内;底架中间高温是导致断裂失效的最主要原因,在隔热设计中需要对此重点考虑。     

火源功率与隧道阻塞比对临界风速变化规律影响研究

临界风速是隧道进行通风排烟设计的重要参数,为了研究火源功率、隧道阻塞比对临界风速变化规律的影响,采用PyroSim火灾动力学模拟工具与经验公式对比分析的方式。建立隧道缩尺寸模型,并对模型网格尺寸划分进行可靠性校验,发现网格尺寸为火源特征直径的十分之一时最可靠。结果表明:模拟临界风速与理论临界风速相吻合,临界风速随火源功率的增加而增大,当火源功率大于某范围时,临界风速开始趋于稳定;临界风速受到列车对隧道阻塞作用的影响,临界风速随着隧道横截面阻塞比的增加而呈线性减小,在阻塞比达到40%时,临界风速趋于稳定。     

磁悬浮车辆中人员紧急疏散的仿真研究

为了对研制的八达岭低速磁浮试验列车人员疏散安全性进行评估,考虑从磁浮车辆的空间布局和人员紧急疏散的特点,在现有的元胞自动机模型和行人流模型基础上,通过人员动态调整自身速度、动态修正人员行为等技术,建立了一种基于车辆环境约束以及人员行为特性的元胞自动机模型。该模型具有人员速度可变、能以自组织现象修正人员行为的特点,经过比较验证,模型的仿真过程更加接近真实情况,仿真结果与一般经验公式得到结果相吻合。以我国正在研制的八达岭低速磁浮试验列车为仿真对象,对车辆布局对其人员的安全疏散的影响进行了计算机仿真和分析,找出了影响人员疏散效率和时间的关键因素,为设计改进提供了依据。     

高层住宅建筑火灾人员疏散仿真研究

基于高层建筑火灾的严重危害,本文在具体分析阐述我国目前高层住宅建筑的户型设计现状后,以长沙市某高层塔式住宅建筑为研究对象,利用人员疏散软件Building EXODUS(V4.06版)和烟气模拟软件CFAST对发生火灾后建筑物的人员疏散和烟气流动情况仿真模拟。研究表明,逃生楼梯的设计位置对高层塔式住宅的人员疏散效率影响较大;在发生紧急情况后,事前是否进行过疏散演习和事中的人工干预引导疏散对保障高层住宅建筑火灾居民的生命安全尤为重要;高层住宅建筑火灾,起火楼层越底,伤亡越大。     

关于地铁列车火灾人员疏散问题的几点讨论

针对地铁车站火灾人员疏散时间计算方法的问题,比较研究国内现行《地铁设计规范》(GB50157—2003)和美国专门针对有轨交通系统的NFPA130标准的异同,其结果说明:国内设计规范关于人员疏散时间的计算方法存在不足;对区间隧道内列车着火的情况进行分析讨论,指出对列车在区间隧道内着火,且还能继续运行的情况,着火列车的运行速度对火势的发展以及人员疏散时间的影响是不可忽视的。     

地铁侧式车站列车火灾排烟模拟研究

利用火灾动力学模拟方法,对地下一层地铁侧式车站列车火灾的烟气蔓延规律和排烟效果进行了模拟研究。首先生成了地铁车站的三维模型,基于通风排烟系统的事故运行方案,对列车火灾烟气扩散过程、气流组织模式和烟气参数进行了计算模拟。模拟表明：排烟系统启动后,中间隧道的两端向内形成了大于5m/s的流速,屏蔽门处流速为站台流入隧道,可有效阻碍烟气进入站台区域,烟气排放主要通过车站轨顶风口排放,烟气在500s左右进入站台,排烟系统有效减缓烟气在站台的下降时间,为列车内乘客疏散提供了可用的安全疏散时间。     

地铁隧道电缆阴燃时优化通风的数值模拟

地铁隧道电缆阴燃火灾相比明燃火灾,具有更高的隐蔽性和更大的危害性。根据地铁隧道电缆的阴燃特点,采用数值模拟方法,对阴燃电缆热解产物在不同通风模式下的毒害性分布进行研究。结果表明,隧道断面2 m/s的送风风速并不能最大程度地确保疏散人员的安全,而与列车驶入时刻满足三次多项式关系的最优送风风速,可以使列车内安全距离达到最大,且不会影响到人员的安全疏散。     

盾构铁路隧道坡度对火灾烟气蔓延的影响研究*

为研究坡度隧道内列车阻滞后的火灾烟气蔓延行为，利用火灾动力学模拟软件（FDS）建立盾构铁路隧道火灾模型和CRH6高速列车阻滞模型，隧道坡度分别为0%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%和4.0%，通过分析隧道内烟气、温度、能见度等特征参数的变化规律，研究坡度隧道内高温烟气的受力情况，探讨坡度变化对火灾烟气蔓延的作用机理。结果表明，坡度隧道内发生火灾，随着烟气的蔓延，隧道内形成沿坡度方向的烟囱效应力，使得烟气在火源两侧呈不对称分布。火源下游区域的高温烟气在火风压和烟囱效应的协同作用下蔓延速度比上游更快，下游烟气层分界中性面与隧道轴线平行，上游烟气层分界中性面呈现水平状态。有坡度的铁路隧道内发生火灾，建议向火源下游方向施加纵向机械通风，人员向火源的上游方向疏散逃生更安全。