强风中高速列车安全性研究

选用某国产动车1∶1模型,对高速列车在不同的侧风速度和风向角作用下运行进行模拟计算,得到列车所受气动力变化情况,研究气动力随风向角的变化机理。模拟结果表明,该车型在不同强度和不同风向角侧风作用下,侧向力、升力和倾覆力矩均随着侧风作用的增强而显著增大,在强侧风作用下,头车所受侧向力及倾覆力矩最大,较易发生倾覆事故;而尾车所受侧向力及倾覆力矩最小,相对安全。随风速和风向角的增大,受电弓和转向架对倾覆力矩的贡献均增大,在模拟时不可忽略;在风向角大于5°小于90°的范围内,列车各个部位的气动力与风向角呈3次方关系递增。     

高速列车受电弓变截面弓杆及车体仿生表面声学特性仿真研究

高速列车气动噪声主要由结构诱导涡旋及结构表面的流体压力梯度变化形成,针对这2种噪声产生机制,结合DES分离涡模拟方法及Lighthill声比拟理论,计算了受电弓变截面弓杆及仿生表面织构2种气动降噪方式的声学特性,计算结果表明:通过本体结构及表面优化均可有效降低高速列车气动噪声;弓杆截面型式的改变会影响周边压力场的分布特性,进而改变结构自身表面声功率特性,实现降噪的效果;仿生表面织构通过在结构阵列面上形成二次涡群来降低结构表面气动噪声;倒角式横杆、椭圆形臂杆及菱形凹坑表面声学特性优于其他结构型式。     

活塞风对地铁隧道内烟气扩散特性影响的数值模拟

研究目的是探索地铁列车活塞运动所造成的隧道内三维非均匀初场对列车火灾烟气扩散特性的影响。采用计算流体力学(CFD)方法模拟列车从运动到停止于隧道中的过程,通过将瞬时计算域内三维速度场经过数据转换和传递作为进一步模拟火灾烟气扩散过程的初始条件,检验有效疏散时间内列车附近疏散空间的安全性,并将模拟结果与静止初始条件下的模拟结果进行对比。模拟所采用的三维非均匀初场更接近于真实的物理过程,使模拟结果更有助于揭示实际火灾过程的本质。模拟结果显示列车运动所造成的惯性气流对火灾早期烟气扩散有显著的影响,所采用的研究方法和结论能为制定更加可靠和安全的火灾应急预案提供理论依据。     

双洞单线高铁隧道列车中部火灾人员最优疏散模式研究

分析了双洞单线隧道疏散设计概况,针对隧道疏散最不利的列车中部火灾场景,建立了人员疏散路径选择网络模型。基于合理的假设,确定了双洞单线隧道列车中部火灾的5种疏散路径,并运用图解法求解出了最优疏散时间与列车位置关系的数学方程式,确定了最优疏散路径选择模式。通过pathfinder数值模拟对比分析可知,最优疏散路径选择模式的理论模型与模拟结果高度吻合,可以准确计算出人员安全疏散所需时间,对改善隧道疏散设计,减少人员伤亡具有重要意义。     

高压细水雾系统在高速列车上的数值模拟及验证

目前国内高速列车上尚未配备一套完整灭火系统,且车厢内部相对封闭且人员密集,着火隐患较多,一旦发生火灾后果严重。高压细水雾灭火系统以其高效、经济、绿色等特点已成功应用于各种场合。前期在高压细水雾灭火系统应用于CRH380D的可行性研究基础之上,针对两种方案的典型参数进行FDS数值模拟分析其烟水耦合全过程。对比两种方案确定其技术参数为喷头高度h=2.1 m,流量系数k=5.0 L/（min·m²）,压力系数p=15 MPa,能够在115 s内将明火扑灭,具有较高的适用性。     

火焰引燃高速列车行李燃烧特性全尺寸试验研究

以CRH1高速列车20 kg旅客行李为研究对象,采用家具量热仪和全尺寸试验研究了不同引火源功率、不同通风量等条件下行李点燃特性、热释放速率、质量损失率、热释放总量、烟气释放速率等火灾参数,总结了其燃烧行为及特性。结果表明:高速列车20 kg旅客行李燃烧特性易受通风量、引火源功率等火场环境影响;引燃时间为1~2 min,持续燃烧时间在27~35 min;热释放速率可达347.3 k W以上,因行李压实较为紧密,燃烧不够充分,产生大量高温未完全燃烧气体,极大程度增加列车车厢回燃性;质量损失率较小,行李燃烧不充分;温升速率快,最高温度可达230℃;产烟量较大,透光率最低为35%;行李热释放总量THR随着引火源功率增加而增大,最高可达到213 MJ,控制引火源功率是减小行李热释放总量THR的关键。     

环境风作用下浅埋隧道自然排烟竖井组高度研究

为得到能适应不同环境风的最优自然排烟竖井组高度,采用Fluent软件研究了不同竖井高度(4～8 m)和环境风速(0～9 m/s)对自然排烟竖井组排烟效果的影响。结果表明：当竖井组高度H<6 m时,高温区域随竖井高度的增加而减小,竖井排烟效果随竖井高度的增加而增强;弱环境风的存在可以减小高温区域范围,增强竖井排烟效果。当竖井高度H>6 m时,高温区域随竖井高度的增加而增大,竖井排烟效果随环境风速的增加而增强。当竖井高度H=6 m时,综合排烟效果最好。     

纵向风作用下竖井自然排烟对隧道内烟气逆流长度的影响

为了研究纵向风作用下隧道内竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响,采用数值模拟的方法,建立了不同竖井高度的全尺寸隧道模型。并选取无竖井排烟的工况作为对照组,模拟不同火源功率下,改变竖井与火源纵向距离时竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响和竖井排烟失效临界风速的变化。结果表明：当纵向风风速较小时,竖井对烟气逆流起抑制作用;随着风速增大,烟气逆流被控制在竖井近域范围内,竖井对烟气逆流的抑制作用减弱;当风速足够大时,烟气逆流将被完全限制在竖井下游,此时竖井排烟作用失效,且对纵向通风气流起到分流作用,烟气逆流长度反而变长。在此基础上,提出了竖井排烟失效临界风速的概念,竖井排烟失效临界风速随竖井高度增加而增大。     

半敞开式隧道不同季节火灾时的烟气扩散数值模拟研究

运用FDS(Fire Dynamic Simulation)火灾模拟软件对半敞开式隧道不同环境温度着火时烟气扩散情况进行模拟,得到隧道内温度和CO浓度的变化特征及烟气纵向蔓延规律和沉降规律.结果表明,隧道采用自然通风能起到很好的排烟效果.火源正上方产生的高温对隧道顶棚结构具有较大的威胁,但火源附近安全高度处烟气温度迅速降到环境温度,不会对人员安全疏散构成威胁.冬季烟气沉降比其他季节严重,但在300 s内没有降到安全高度1.8m以下,对人员逃生影响较小.     

纵向通风下坡度隧道火灾烟气特性数值模拟研究

为探讨纵向通风情况下坡度隧道火灾烟气的温度分布、回流长度等特性参数,运用火灾动力学模拟软件FDS建立一个长为500 m的公路隧道模型,对不同坡度、不同纵向通风速率的20组火灾工况进行模拟研究,通过分析各工况的模拟结果,并结合前人在隧道火灾烟气特性研究方面的成果,得到火灾情况下隧道内烟气的纵向温度分布规律、隧道拱顶温度变化规律、温度偏移及烟气回流长度变化规律等。     

分布式光纤测温系统在公路隧道火灾探测中 响应特性研究

随着交通运输的快速发展,公路隧道火灾监测与报警越来越重要。目前分布式光纤测温系统已被广泛应用到隧道火灾的监测中,外界风速和隧道断面对火灾监测有一定的影响。该文通过FDS数值模拟和全尺寸实验模拟不同高度的公路隧道发生火灾时,分布式光纤测温系统的报警响应情况。结果表明：在外界风力作用下,传感器的报警位置发生显著偏移;随着隧道高度的增加,分布式光纤感温火灾探测系统报警响应时间延长,可能会不报警。     

不同竖井送排风方式下半横向通风隧道火灾特性与烟气发展规律研究

通过三维数值模拟方法,用连续方程、动量方程和能量方程描述隧道内火灾发生时气流的流动状态.采用Reynold时均方程法的k-ξluent软件,模拟研究3种工况下,竖井送、排风方式对某越江公路隧道火灾中热烟气排出状况的影响.即开启下游竖井内轴流风机和射流风机,分别采取上游竖井送风、上游竖井风机关闭和上游竖井排风3种方案.分析隧道行车道和排烟道内热烟气的速度场和温度场.结果表明,前两种方案阻碍火源处热烟气自顶部风口进入排烟道,风口横向排烟不具备及时、有效的特点,从而使整个隧道内温度较高;上下游竖井同时排风时,气流以较快速度进入排烟道,且隧道内几乎未留下热烟气,因此共同排烟是合理方案.通过本文研究可较全面地了解半横向通风隧道火灾的特性和烟气发展规律,从而为火灾烟气的控制提供优化通风方案.     

特长公路隧道火灾烟气沉降特性对人员疏散影响的研究*

为研究特长公路隧道火灾烟气沉降对人员疏散安全的影响,通过数值模拟方法,对0,1.0,1.5 m/s和临界风速值4种不同纵向通风风速下隧道火灾烟气沉降特征进行研究,并分析不同风速下烟气沉降对人员疏散的影响。研究结果表明:在无纵向风时,烟气沉降现象较为明显,烟气下沉造成的不均匀烟气温度、能见度分布,提前终止人员疏散的进行;随着纵向风速的增加,沉降现象仍存在,但沉降点后移,对人员疏散的影响减小;在1.5 m/s的纵向通风条件下,火源下游500 m范围内烟气基本不发生沉降且能维持分层,此时几乎不影响火灾下游人员疏散。在实际应用中,火灾初期可先以1.5 m/s的分层风速值进行通风,待下游人员疏散后,再施加临界风速加快烟气排出。研究结果可为特长公路隧道火灾防治和疏散救援提供参考。     

细水雾灭火系统作用下特大断面公路隧道火灾特性数值模拟研究

细水雾灭火系统在公路隧道中的应用引发了较多关注,但是针对特大断面公路隧道的研究仍然不足。以2种大断面及4种特大断面公路隧道为研究对象,选取额定流量35 L/min、额定压力10 MPa的高压细水雾喷头,选择4种喷头布置形式,考虑火源功率、位置、遮挡物等影响因素,以隧道顶棚达到耐火极限的临界温度和相邻车辆被引燃的临界热辐射强度为判据,利用FDS模拟软件分析得到适用于隧道的细水雾喷头布置方案。结果表明对于特大断面隧道,细水雾单排顶喷布置不能有效抑制30 MW的大货车火灾,应采用增加顶喷或侧喷喷头的布置形式,从而保护隧道结构安全,防止相邻车辆被引燃。