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原文传递拱形地铁站厅火灾烟气运动特性研究

论文题名：	拱形地铁站厅火灾烟气运动特性研究
关键词：	地铁站厅火灾;烟气沉降理论;数值模拟;机械排烟量
摘要：	地铁是许多城市重要的公共交通工具，日益完善的地铁交通网络给市民的出现带来了许多便利。随着我国地下轨道交通的发展，地铁车站的数量日益增多，结构形式也有所创新。当前，出现了新结构形式地铁车站——拱形无柱网形式地铁站厅。拱顶地铁站厅简洁美观，可以布置成具有特色的艺术景点。但同时，拱形地铁站厅也给火灾防治带来一些新的问题。据统计，火灾事故的人员伤亡主要是由于燃烧带来有毒有害的高温烟气。所以在地铁火灾防治上，研究火灾烟气运动特性和火灾烟气控制方法具有重要的意义。　　本文通过采用理论分析、数值模拟相结合的方法对拱形地铁火灾的烟气运动特性和烟气控制进行研究，具体研究工作如下：　　通过烟气层沉降理论分析，编写了适用于拱形地铁站厅火灾烟气蔓延区域模型程序，研究不同机械排烟量下烟气沉降高度随时间的变化情况。研究表明，随着排烟量的增加，烟气层沉降速度变慢；排烟量为28.4m3/s时，360s左右烟气层方才达到溢出口高度。进一步修改程序以适应平顶建筑的烟气沉降过程，研究热释放速率、建筑高度、建筑面积、排烟量对烟气沉降时间的影响，通过无量纲分析得出烟气沉降时间的预测模型。　　通过火灾动力学软件FDS数值模拟的方法，模拟5个典型不同火源位置，研究拱形地铁站厅不同火源位置烟气运动特性。由结果来探讨站厅某一位置着火时对车站人员疏散威胁最大——最不利火源位置。研究表明，位置A着火时，烟气蔓延范围最广，烟气沉降的速度更快，且大部分区域能见度下降得最低。火源位置A为该站厅最不利的火源位置，其烟气的蔓延特性对人员疏散的威胁最大。当位置A发生火灾时，烟气在出入口通道附近发生“烟气拥堵”现象，烟气最早在出入口通道附近发生烟气沉降，站厅2m高度处靠近出入口通道附近能见度最低。　　通过火灾动力学软件FDS数值模拟的方法，模拟三种不同类型可燃物，研究拱形地铁站厅不同可燃物类型烟气运动特性。由结果来探讨站厅某一类型可燃物对车站人员疏散威胁最大——最不利可燃物类型。研究表明，站厅地面2m高度处温度、CO浓度参数均不会对车站人员疏散造成太大影响，烟气对人员安全疏散的主要影响为能见度。相比煤油、聚苯乙烯火灾，聚氨酯可燃物发生火灾时，2m高度处能见度最低，对人员疏散影响最大，最不利可燃物类型为聚氨酯火灾。　　通过火灾动力学软件FDS数值模拟的方法，研究不同排烟模式、挡烟垂壁高度和排烟量对地铁站厅能见度的影响。研究表明，侧排烟口应尽量布置在较高的靠近顶棚的位置。排烟量增大能有效提高站厅2m高度处能见度，但机械排烟量增大至85.2m3/s仍不能使站厅内2m高度处全部区域能见度均大于10m。并且排烟量超过42.6m3/s时排烟口会发生吸穿现象，排烟效率降低。设置1.0m高度挡烟垂壁和机械排烟量42.6m3/s协同工作时，能够使得使站厅内2m高度处全部区域能见度均大于10m；挡烟垂壁和机械排烟协同工作时可以优化烟气控制效果。　　通过火灾动力学软件FDS数值模拟的方法，研究不同机械排烟量和挡烟垂壁对可用安全疏散时间的影响。结合Pathfinder人员疏散仿真软件计算地铁车站不同人员数量所需的必要安全疏散时间。对比必要安全疏散时间和可安全疏散时间得出可以安全疏散人数。研究表明，机械排烟量增大，车站可用安全疏散时间也增大。当机械排烟量为42.6m3/s时，设置挡烟垂壁工况可安全疏散人数为2000人，不设置挡烟垂壁工况可安全疏散人数为1000人；挡烟垂壁与机械排烟协同工作时，能使更多人员安全疏散。
作者：	王文锋
专业：	土木工程
导师：	付海明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东华大学
学位年度：	2022