【摘要】：鑒于地鐵隧道發(fā)生火災時后果的嚴重性,研究地鐵隧道火災的特征與規(guī)律,對于保障乘客的生命財產安全,維護地鐵的日常安全運營,減小由火災造成的各項損失具有重要的意義。本文以揭示不同長度的地鐵列車對區(qū)間隧道火災逆流熱煙氣輸運特性的影響機制為研究目標,采用數(shù)值模擬、小尺寸實驗和理論分析相結合的研究方法,從以下幾個方面進行了研究工作:一、使用火災數(shù)值模擬軟件FDS搭建了全尺寸的地鐵區(qū)間隧道計算模型,通過在區(qū)間隧道內緊鄰火源上游設置不同長度的地鐵列車,研究了在不同縱向通風速率條件下火源上游隧道頂棚下逆流熱煙氣的溫度縱向分布規(guī)律。研究結果表明,當火災熱煙氣的逆流長度超過地鐵列車的長度時,逆流熱煙氣的溫度分布曲線在列車長度處出現(xiàn)一個明顯的拐點,導致溫度的變化趨勢發(fā)生改變。將逆流熱煙氣的溫度進行無量綱化處理以后發(fā)現(xiàn):當?shù)罔F列車長度相同時,逆流熱煙氣溫度衰減系數(shù)會隨著縱向通風速率的增大而增大,且在地鐵列車堵塞區(qū)域內的溫度衰減系數(shù)要比上游非堵塞區(qū)域內的大;而當縱向通風速率相同時,兩個區(qū)域內逆流熱煙氣的溫度衰減系數(shù)沒有明顯變化,說明此時不同長度的地鐵列車對逆流熱煙氣溫度衰減系數(shù)的影響不明顯。二、利用小尺寸隧道模型實驗臺研究了不同長度的地鐵列車對區(qū)間隧道火災熱煙氣逆流長度的影響。通過將地鐵列車模型放置在區(qū)間隧道模型中模擬了地鐵列車發(fā)生火災無法繼續(xù)行駛�？吭趨^(qū)間隧道的情景,研究了區(qū)間隧道內停靠有不同長度的地鐵列車時,火災煙氣逆流長度隨火源燃燒功率和縱向通風速率的變化規(guī)律。實驗結果顯示,逆流熱煙氣會出現(xiàn)超越地鐵列車繼續(xù)向上游蔓延和無法超越地鐵列車這兩種現(xiàn)象。將熱煙氣的逆流長度進行無量綱化處理發(fā)現(xiàn):無量綱煙氣逆流長度l*在地鐵列車堵塞區(qū)域和上游未堵塞區(qū)域內隨無量綱火源--風速組合量ln(Q*1/3/V*)的增長率不相同。理論分析可知,地鐵列車的存在,導致列車堵塞區(qū)域內的縱向風速要比上游未堵塞空間內的大,造成列車堵塞區(qū)域內的縱向通風阻力比較大,抑制了火災熱煙氣的逆流蔓延。根據上游逆流熱煙氣的溫度衰減規(guī)律,采用基于溫度衰減的虛擬火源法,建立了不同長度地鐵列車影響下的區(qū)間隧道火災煙氣逆流長度預測模型。三、利用火災數(shù)值模擬軟件FDS搭建了全尺寸的地鐵區(qū)間隧道,研究了不同長度的地鐵列車對區(qū)間隧道火災臨界縱向通風速率的影響。地鐵列車的存在改變了區(qū)間隧道內縱向通風流場的結構特征,對隧道火災的臨界縱向通風速率產生了影響。研究結果表明:無量綱的臨界縱向通風速率主要受到障礙物堵塞率因子(1-φ)和無量綱火源功率Q*1/3的影響。通過對比有無地鐵列車時的隧道縱向通風流場圖可知,地鐵列車的存在導致地鐵堵塞區(qū)域內的縱向通風速率變大,從而使得地鐵列車存在時臨界縱向通風速率減小;而地鐵列車障礙物長度比較長,速率增大的縱向通風在到達火源上部空間抑制煙氣逆流之前已經達到相對穩(wěn)定狀態(tài),導致當?shù)罔F列車長度超過20 m時,臨界縱向通風速率幾乎不會隨著列車長度的增大而發(fā)生明顯變化。在數(shù)據分析的基礎上,提出了地鐵區(qū)間隧道中含有不同長度的地鐵列車時火災臨界縱向通風速率的預測模型。
[Abstract]:In view of the seriousness of the consequences of a subway tunnel fire, the study of the characteristics and laws of the subway tunnel fire is of great significance for ensuring the safety of the life and property of the passengers, maintaining the daily safe operation of the subway and reducing all the losses caused by the fire. The influence mechanism of the gas transport characteristics is the research goal, and the research method combining the numerical simulation, the small size experiment and the theoretical analysis is carried out from the following aspects. First, the full size subway interval tunnel calculation model is built by using the fire numerical simulation software FDS, which is close to the upstream of the fire source in the interval tunnel. The longitudinal distribution of the temperature distribution of the hot flue gas under the roof of the upper tunnel under the different longitudinal ventilation rate is studied under different longitudinal ventilation rates. The results show that the temperature distribution curve of the countercurrent heat smoke appears at the length of the train when the counter current length of the fire hot smoke exceeds the length of the subway train. It is found that the temperature attenuation coefficient of the counter current hot gas will increase with the increase of the longitudinal ventilation rate, and the temperature attenuation coefficient in the blockage area of the subway train is more than that in the upstream. When the longitudinal ventilation rate is the same, the temperature attenuation coefficient of the hot flue gas in the two regions does not change obviously when the longitudinal ventilation rate is the same. It shows that the influence of the subway trains with different lengths on the temperature attenuation coefficient of the countercurrent hot flue gas is not obvious. Two, the subway train with different lengths is studied by the small size tunnel model test bench. In the interval tunnel model, the subway train model is placed in the interval tunnel model to simulate the situation that the subway train can not continue to stop in the interval tunnel. The fire smoke countercurrent length with the fire source power is studied when the subway trains with different lengths in the interval tunnel are stopped. The experimental results show that there are two phenomena that the counter current hot flue gas will surpass the subway train to continue to spread to the upper reaches and cannot exceed the subway train. The non dimensionless treatment of the counter current length of the hot flue gas is found that the non dimensional backflow length l* is in the block area of the subway train and the unblocked area in the upper reaches. The growth rate of the wind velocity combination ln (Q*1/3/V*) in the domain is different with the non dimensional fire source. The theoretical analysis shows that the existence of the subway train causes the longitudinal wind speed in the area of the train jam to be larger than the unblocked space in the upstream. The longitudinal ventilation resistance in the area of the train blockage is larger, which inhibits the backflow spread of the fire hot smoke. The temperature attenuation law of upstream countercurrent hot flue gas, using the virtual fire source method based on the temperature attenuation, established the prediction model of the interval tunnel fire smoke counterflow length under the influence of the subway trains with different lengths. Three, the full size subway tunnel is built by the fire numerical simulation software FDS, and the different length of the subway train pair area is studied. The influence of the critical longitudinal ventilation rate on the tunnel fire. The existence of the subway train changed the structural characteristics of the longitudinal ventilation flow in the tunnel, and influenced the critical longitudinal ventilation rate of the tunnel fire. The results show that the dimensionless critical longitudinal ventilation rate is mainly affected by the obstacle blocking rate factor (1-) and the dimensionless fire. The influence of source power Q*1/3. By comparing the longitudinal ventilation flow field of a tunnel with or without subway trains, the existence of the subway train leads to a larger longitudinal ventilation rate in the subway blockage area, thus reducing the critical longitudinal ventilation rate in the existence of the subway train, while the length of the subway train obstacles is longer and the rate increases in the longitudinal passage. The wind has reached a relatively stable state before reaching the upper fire source and restraining the backflow of the flue gas. When the subway train length exceeds 20 m, the critical longitudinal ventilation rate will hardly change obviously with the increase of the length of the train. On the basis of data analysis, the subway trains with different lengths in the subway tunnel are proposed. Prediction model of critical longitudinal ventilation rate for vehicle-time fire.
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U458;U231.96

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本文編號：2175220