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原文传递地铁列车停靠区间隧道时火灾烟气蔓延规律及排烟效果研究

论文题名：	地铁列车停靠区间隧道时火灾烟气蔓延规律及排烟效果研究
关键词：	地铁区间隧道;火灾烟气;蔓延规律;纵向通风;排烟效果
摘要：	地铁交通系统由于其基本上不占用地面空间、乘客运载量大、运行速度快且节能环保等优点而成为各个城市优先发展的公共交通系统。然而，在地铁交通系统中，火灾安全问题一直是人们所关注的问题之一。本文主要就地铁列车发生火灾停靠在地铁区间隧道内时，地铁区间隧道内的火灾烟气在受到地铁列车的影响下而呈现出来的输运特性进行了研究，主要包括隧道顶棚下烟气温度的分布规律、烟气逆流长度、火源下游空间的热环境等，并初步探讨了地铁列车对其影响规律。此外，论文还对几种常见的隧道通风排烟模式的效果进行了一定程度的对比分析，探寻其应用于地铁区间隧道进行通风排烟的可行性。具体内容包括以下几方面: 　　1.通过研究分析数值模拟结果可知，当地铁列车发生火灾停靠在区间隧道内时会对纵向通风条件下的顶棚热烟气温度产生重要影响。地铁列车的存在使得顶棚温度不再以火源为中心上下游对称分布，而且火源上游的顶棚烟气温度衰减到室温的速率要比下游迅速，说明地铁列车可以有效阻挡热量向隧道上游的传递，可以抑制火势向上游的蔓延。对火源下游顶棚下热烟气的温度进行无量纲化处理分析发现，其沿隧道纵向的分布呈现一种指数式衰减规律，而且衰减指数随着纵向通风速率的增大而增大，此时地铁列车的长度对温度分布的影响相对比较小。　　2.对于火源下游隧道空间内的热环境而言，地铁列车的存在使得纵向通风与火羽流的相互掺混作用得到加强，而且该相互掺混的强度随着纵向通风速率的增大而得到增强，造成火源下游隧道空间内烟气浓度增大，2m高度处的能见距离迅速下降。在相同的纵向通风速率条件下，地铁列车的存在同样在很大程度上升高了下游空间的温度，而有毒气体CO的浓度由于大量通风的稀释作用而呈现出比没有地铁列车存在时更低的浓度。　　3.通过小尺寸的地铁区间隧道模型实验装置研究了地铁列车的长度因素对热烟气向上游逆流蔓延长度的影响。通过分析实验数据发现:地铁列车的长度对热烟气逆流过程的抑制作用跟热烟气能否逆流超越地铁列车具有重要的关系。在热烟气逆流长度大于地铁列车长度时，热烟气逆流长度会随着列车长度的增大而迅速减小，此时抑制作用非常明显;但是当热烟气逆流长度小于地铁列车长度时，热烟气逆流长度基本上不会随着列车长度的变化而变化，此时抑制作用比较弱。通过数据拟合分析可知，当地铁区间隧道中含有地铁列车时，热烟气的无量纲烟气逆流长度可由下列公式表示:l=6.635×(S)-0.321·(Q1/3/V/(1-φ))-0.030S*+1.945 　　4.通过对比分析六种不同通风排烟策略的数值模拟效果之后可知，由于实质上没有将火灾热烟气排出隧道之外而是吹向了火源下游的隧道空间，这会对人员疏散和灭火救援造成非常不利的影响。因此，单纯纵向通风的效果是最差的。全横向排烟、半横向排烟，特定多点式排烟以及纵向通风和多点式排烟相结合的方式等在顶棚上方开启多个排烟窗口的排烟形式，其对烟气蔓延的控制效果都非常好。对于纵向通风和单点式排烟相结合的方式，由于其排烟窗口开启数量偏少，对烟气控制效果不如上述几种方式，但是仍比相同纵向通风风速的单纯纵向通风排烟的效果要好一些。　　5.在不同的排烟方式中，地铁列车的作用基本上相同，都是通过堵塞作用来减小隧道内有效通风面积来增大隧道堵塞区域内纵向风流的速率，但是对于排烟效果和控制烟气蔓延却有着不相同的作用，在单纯的纵向通风排烟和纵向通风与单点式排烟相结合的方式中，地铁列车不利于烟气的控制，而在全横向、半横向和特定多点式排烟中有利于热烟气的控制，在纵向通风和多点式排烟相结合的方式中，地铁列车的作用还跟排烟窗口的开启位置相关。固移结合排烟的布置方式下，在固定设施将火源下游温度大幅度降低的基础上，移动风机的添加进一步的对火源下游产生了降温作用。在增大移动风机风量的基础上，不同移动风机倾角间的排烟效果差异逐渐显现，排烟效果也渐趋理想。在应用移动风机串联排烟的布置方式时，相比于增加同规格的移动风机的数量，提高移动风机通风量对隧道内温度的降低作用更为显著。
作者：	陈震
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