地鐵站火災(zāi)煙氣流動(dòng)及通風(fēng)控制模式研究.pdf

1、目前，地鐵已成為解決大中型城市交通擁擠的重要工具，在推動(dòng)城市發(fā)展的同時(shí)，也為消防安全帶來(lái)了新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。近年來(lái)，群死群傷的重特大地鐵火災(zāi)事故頻繁出現(xiàn)，充分暴露出現(xiàn)有地鐵站消防控制措施的不足，因此，研究地鐵站火災(zāi)中煙氣的流動(dòng)特點(diǎn)與通風(fēng)控制模式具有重要意義。 國(guó)內(nèi)外地鐵火災(zāi)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，人員傷亡主要源于煙氣中毒和窒息。要有效地控制火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣，就必須了解煙氣在地鐵站內(nèi)的蔓延規(guī)律和沿程質(zhì)量卷吸特性。傳統(tǒng)的雙層區(qū)域模擬僅通過(guò)羽流卷吸

2、模型考慮煙氣層的質(zhì)量增加，而忽略其他位置的卷吸對(duì)煙氣層質(zhì)量的貢獻(xiàn)，地鐵站的長(zhǎng)度尺度較大，應(yīng)用雙層區(qū)域模擬思想顯然是不合適的。根據(jù)卷吸機(jī)理不同，可將地鐵站內(nèi)的煙氣蔓延過(guò)程分為4個(gè)階段，即羽流上升階段、撞擊頂棚后的徑向蔓延階段、向一維水平蔓延的過(guò)渡階段和一維水平蔓延階段。本文通過(guò)理論分析建立了后3個(gè)階段的煙氣質(zhì)量卷吸速率模型，并通過(guò)小尺寸地鐵模型實(shí)驗(yàn)確定了模型中的常系數(shù)。將后3個(gè)階段的子模型與Zukoski羽流模型相結(jié)合，建立了可預(yù)測(cè)地鐵站

3、內(nèi)距火源任意距離處的煙氣層質(zhì)量流率的理論模型。 本文通過(guò)小尺寸地鐵模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬，對(duì)地鐵站臺(tái)端部和中部起火時(shí)，開(kāi)啟不同位置的排煙口所造成的煙氣層界面湍流動(dòng)力學(xué)卷吸效應(yīng)的差異對(duì)機(jī)械排煙效果的影響進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，火災(zāi)時(shí)不宜啟動(dòng)位于一維蔓延階段的機(jī)械排煙口，即距火源距離不宜大于站臺(tái)寬度的1.33倍，以盡量降低由于排煙口啟動(dòng)所施加的外力對(duì)煙氣分層流動(dòng)的擾動(dòng)，從而有效地減少由此引起的煙氣層卷吸加劇所導(dǎo)致的煙氣層質(zhì)量增加。站臺(tái)端部

4、起火時(shí)，并非排煙口越多、分布越均勻排煙效果越好，宜單獨(dú)啟動(dòng)靠近站臺(tái)端壁的排煙口或同時(shí)啟動(dòng)火源兩側(cè)的排煙口，而對(duì)于站臺(tái)中部起火時(shí)，則宜同時(shí)啟動(dòng)火源兩側(cè)的排煙口。 地鐵火災(zāi)時(shí)，兩層間的樓梯既是人員逃生路徑又是煙氣蔓延通道，防止煙氣侵入該區(qū)域?qū)θ藛T安全疏散有重要意義。本文分析了地鐵站內(nèi)樓梯口處空氣幕擋煙的可行性，根據(jù)樓梯口處空氣幕與煙氣來(lái)流相互作用下流場(chǎng)所呈現(xiàn)的動(dòng)力學(xué)特征，將流場(chǎng)劃分為三段，即撞擊摻混段、溫差射流段和與地面撞擊段。分析

5、了撞擊摻混段內(nèi)由于煙氣來(lái)流撞擊導(dǎo)致的空氣幕射流軸線(xiàn)角度改變，并基于完全摻混假設(shè)分析了空氣幕與煙流能量交換導(dǎo)致的空氣幕射流溫度升高。在溫差射流段內(nèi)，基于溫差射流假設(shè)并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式，建立了空氣幕射流豎向速度衰減預(yù)測(cè)模型。在與地面撞擊段內(nèi)，將不發(fā)生撞擊作為完全擋住煙氣來(lái)流的臨界條件，結(jié)合前兩個(gè)子模型，得到了煙氣完全不進(jìn)入受保護(hù)側(cè)的臨界條件理論預(yù)測(cè)模型。將求解模型得到的空氣幕出口速度區(qū)間作為邊界和初始條件，采用FLUENT求解器，對(duì)兩層間中庭式