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地铁列车对区间隧道火灾逆流烟气输运特性影响的研究
| 论文题名： | 地铁列车对区间隧道火灾逆流烟气输运特性影响的研究 |
| 关键词： | 地铁隧道;隧道火灾;逆流烟气;输运特性;数值模拟 |
| 摘要： | 鉴于地铁隧道发生火灾时后果的严重性，研究地铁隧道火灾的特征与规律，对于保障乘客的生命财产安全，维护地铁的日常安全运营，减小由火灾造成的各项损失具有重要的意义。本文以揭示不同长度的地铁列车对区间隧道火灾逆流热烟气输运特性的影响机制为研究目标，采用数值模拟、小尺寸实验和理论分析相结合的研究方法，从以下几个方面进行了研究工作: 一、使用火灾数值模拟软件FDS搭建了全尺寸的地铁区间隧道计算模型，通过在区间隧道内紧邻火源上游设置不同长度的地铁列车，研究了在不同纵向通风速率条件下火源上游隧道顶棚下逆流热烟气的温度纵向分布规律。研究结果表明，当火灾热烟气的逆流长度超过地铁列车的长度时，逆流热烟气的温度分布曲线在列车长度处出现一个明显的拐点，导致温度的变化趋势发生改变。将逆流热烟气的温度进行无量纲化处理以后发现:当地铁列车长度相同时，逆流热烟气温度衰减系数会随着纵向通风速率的增大而增大，且在地铁列车堵塞区域内的温度衰减系数要比上游非堵塞区域内的大;而当纵向通风速率相同时，两个区域内逆流热烟气的温度衰减系数没有明显变化，说明此时不同长度的地铁列车对逆流热烟气温度衰减系数的影响不明显。 二、利用小尺寸隧道模型实验台研究了不同长度的地铁列车对区间隧道火灾热烟气逆流长度的影响。通过将地铁列车模型放置在区间隧道模型中模拟了地铁列车发生火灾无法继续行驶停靠在区间隧道的情景，研究了区间隧道内停靠有不同长度的地铁列车时，火灾烟气逆流长度随火源燃烧功率和纵向通风速率的变化规律。实验结果显示，逆流热烟气会出现超越地铁列车继续向上游蔓延和无法超越地铁列车这两种现象。将热烟气的逆流长度进行无量纲化处理发现:无量纲烟气逆流长度l*在地铁列车堵塞区域和上游未堵塞区域内随无量纲火源——风速组合量ln（Q*1/3/V*）的增长率不相同。理论分析可知，地铁列车的存在，导致列车堵塞区域内的纵向风速要比上游未堵塞空间内的大，造成列车堵塞区域内的纵向通风阻力比较大，抑制了火灾热烟气的逆流蔓延。根据上游逆流热烟气的温度衰减规律，采用基于温度衰减的虚拟火源法，建立了不同长度地铁列车影响下的区间隧道火灾烟气逆流长度预测模型。 三、利用火灾数值模拟软件FDS搭建了全尺寸的地铁区间隧道，研究了不同长度的地铁列车对区间隧道火灾临界纵向通风速率的影响。地铁列车的存在改变了区间隧道内纵向通风流场的结构特征，对隧道火灾的临界纵向通风速率产生了影响。研究结果表明:无量纲的临界纵向通风速率主要受到障碍物堵塞率因子（1-φ）和无量纲火源功率Q*1/3的影响。通过对比有无地铁列车时的隧道纵向通风流场图可知，地铁列车的存在导致地铁堵塞区域内的纵向通风速率变大，从而使得地铁列车存在时临界纵向通风速率减小;而地铁列车障碍物长度比较长，速率增大的纵向通风在到达火源上部空间抑制烟气逆流之前已经达到相对稳定状态，导致当地铁列车长度超过20 m时，临界纵向通风速率几乎不会随着列车长度的增大而发生明显变化。在数据分析的基础上，提出了地铁区间隧道中含有不同长度的地铁列车时火灾临界纵向通风速率的预测模型。 |
| 作者： | 张少刚 |
| 专业： | 安全科学与工程 |
| 导师： | 张和平;程旭东 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 中国科学技术大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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