地铁火灾模拟研究现状与研究方向.pdf

地铁火灾模拟研究现状与研究方向 清华大学邓伟李晓锋 摘 要本文简要介绍了当今国际上主流的地铁火灾相关的研究成果与研究方向，作为国内 地铁工作者参考与借鉴 关键字地铁火灾模拟实验 1背景 火灾是火失去控制而蔓延的一种灾害性燃烧现象，是日常生活中发生最频繁且极具破坏 性的事故之一。地铁是都市中人流比较集中的地方，当地铁发生火灾时，具有排热排烟差， 发烟量大，人员疏散困难和扑救困难等四大特点。因此，地铁火灾可能造成的危害性远远高 于地面一般建筑火灾。因此研究地铁火灾中的现象、规律与控制手段对保护人们的生命财产 具有重要意义。为了预防和控制地铁火灾，必须解决以下问题： (】)火灾的发生与发展状况，即火源的性质 (2)火焰与热烟气的传播特性及其对火场人员、建筑的影响 (3)控制手段加入对火焰、烟气的影响 根据上述问题，火灾目前国内国际上的关于地下铁火灾的研究方向按研究内容大致可划 分如下： (1)燃烧过程描述 (2)人的行为研究以及受激后的生理心理反应 (3)火焰、烟气的传播特性以及引入通风系统后的影响 (4)喷淋装置引入对火灾的影响 (5)火灾探测装置 若按研究手段分类，由于火灾现象的复杂性，几乎没有进行纯理论推导的可能，因此计 算机模拟和实验研究自然成了研究地铁火灾的两种主要手段。而其中计算机模拟具有成本 低，周期短，可重复性强等优点而被广大研究者采用，限于篇幅，本文将主要介绍与物理现 象相关的模拟方面的内容。 2地铁火灾的模拟研究现状 2．1概述 对地铁火灾的模拟主要包括对燃烧引发的一系列物理现象的模拟、人员行为的模拟以及 探测器和自动喷水器的模拟，其中模拟燃烧过程及火焰烟气传播过程是基础，目前人们对这 个过程的模拟大致可以分为三个层次，一是根据实验归纳经验公式，利用计算机的数据库和 图形图像功能对描述的问题产生直观的了解，包括释热速率，平均火焰高度，顶棚射流温度 ．25- 等重要参数的估算；二是引入部分经验常数，求解简化的代数方程组或一维常微分方程组， 即通常所说的网络模型和区域模型；三是以计算燃烧学为基本理论的场模型。 特点和适用性，包括区域模型，场模型，探测器模型，逃生模型及混合模型。2003年，S。M． 型能基本反映火灾时温度，烟气浓度等参数，计算数据快。适用于单间或多间联合，单层或 件。场模型的特点是计算精度高，考虑全面，但对计算机性能有很高要求，速度受限制，多 用于复杂空间，复杂条件下的火灾。 对于地铁火灾，可能发生在站台、站厅、隧道等不同部位，产生的烟气可能沿隧道传播 很远的距离甚至影响其它相邻站台。火源附近是非定常强湍流区域，流动与传热结构都非常 复杂，需要精细的场模型描述，在稍远离火源的地方，由于浮力的作用，热烟气将形成明显 的分层流动，区域模型的描述成为可能，而整条地铁线路之间通过隧道互相连接，互相影响， 又需要使用通风网络进行描述。在目前可预见的计算机计算速度与存储量的限制下，场区网 或场网结合的模型将是地铁火灾的主要研究方向。它包括靠近火源的场模型和各个站台，区 间的网络通风模型及其耦合求解。 2．1场模型 场模型方法的步骤如下图： 解，开创了计算燃烧学的历史，随着认识的深入和技术的进步，人们逐步引入一些复杂模型 对实际燃烧过程进行数值计算，包括： (1)湍流流动与传热 (2)多相流 (3)化学反应 (4)气体、颗粒物辐射 2．1．1湍流流动与传热 Rehm．Baum等人针对火灾过程高温、低速的特点提出了低马赫数流动控制微分方程，在多 ．26． 组分时，其表述如下： 翌士竺堕：0 at ax： 孥+掣：一_a(P-P0)+昭，+三[∥(当+当)] Ot Ox Ox 0x；dx． i Oxi i 3 弋OpYs．+_apu,Ys：晏【矽誓)】叱 at ax 瓠? ax：u i。J