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原文传递地铁站火灾烟气流动及通风控制模式研究

论文题名：	地铁站火灾烟气流动及通风控制模式研究
关键词：	地铁站;火灾;烟气流动;通风控制模式;消防安全
摘要：	目前，地铁已成为解决大中型城市交通拥挤的重要工具，在推动城市发展的同时，也为消防安全带来了新的问题和挑战。近年来，群死群伤的重特大地铁火灾事故频繁出现，充分暴露出现有地铁站消防控制措施的不足，因此，研究地铁站火灾中烟气的流动特点与通风控制模式具有重要意义。国内外地铁火灾统计结果表明，人员伤亡主要源于烟气中毒和窒息。要有效地控制火灾产生的烟气，就必须了解烟气在地铁站内的蔓延规律和沿程质量卷吸特性。传统的双层区域模拟仅通过羽流卷吸模型考虑烟气层的质量增加，而忽略其他位置的卷吸对烟气层质量的贡献，地铁站的长度尺度较大，应用双层区域模拟思想显然是不合适的。根据卷吸机理不同，可将地铁站内的烟气蔓延过程分为4个阶段，即羽流上升阶段、撞击顶棚后的径向蔓延阶段、向一维水平蔓延的过渡阶段和一维水平蔓延阶段。本文通过理论分析建立了后3个阶段的烟气质量卷吸速率模型，并通过小尺寸地铁模型实验确定了模型中的常系数。将后3个阶段的子模型与Zukoski羽流模型相结合，建立了可预测地铁站内距火源任意距离处的烟气层质量流率的理论模型。本文通过小尺寸地铁模型实验和数值模拟，对地铁站台端部和中部起火时，开启不同位置的排烟口所造成的烟气层界面湍流动力学卷吸效应的差异对机械排烟效果的影响进行了分析。结果表明，火灾时不宜启动位于一维蔓延阶段的机械排烟口，即距火源距离不宜大于站台宽度的1.33倍，以尽量降低由于排烟口启动所施加的外力对烟气分层流动的扰动，从而有效地减少由此引起的烟气层卷吸加剧所导致的烟气层质量增加。站台端部起火时，并非排烟口越多、分布越均匀排烟效果越好，宜单独启动靠近站台端壁的排烟口或同时启动火源两侧的排烟口，而对于站台中部起火时，则宜同时启动火源两侧的排烟口。地铁火灾时，两层间的楼梯既是人员逃生路径又是烟气蔓延通道，防止烟气侵入该区域对人员安全疏散有重要意义。本文分析了地铁站内楼梯口处空气幕挡烟的可行性，根据楼梯口处空气幕与烟气来流相互作用下流场所呈现的动力学特征，将流场划分为三段，即撞击掺混段、温差射流段和与地面撞击段。分析了撞击掺混段内由于烟气来流撞击导致的空气幕射流轴线角度改变，并基于完全掺混假设分析了空气幕与烟流能量交换导致的空气幕射流温度升高。在温差射流段内，基于温差射流假设并结合经验公式，建立了空气幕射流竖向速度衰减预测模型。在与地面撞击段内，将不发生撞击作为完全挡住烟气来流的临界条件，结合前两个子模型，得到了烟气完全不进入受保护侧的临界条件理论预测模型。将求解模型得到的空气幕出口速度区间作为边界和初始条件，采用FLUENT求解器，对两层间中庭式楼梯口处风幕挡烟效果进行了数值模拟分析，结果表明将空气幕流场分为三段进行分析的思想是合理的，模拟结果较好地验证了理论预测模型的合理性。随着地铁交通的飞速发展，多层地铁站越来越多。本文针对多层地铁站中间层起火的情况，采用场模拟软件FDS，分析了起火层下层送风系统运行对起火层排烟的影响，提出上下层应同时开启送风系统的通风控制模式，采用该模式，有助于提高起火层的排烟效果。
作者：	纪杰
专业：	安全技术及工程
导师：	霍然
授予学位：	博士
授予学位单位：	中国科学技术大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文