地铁隧道火灾自然排烟模式数值模拟研究.pdf

地铁隧道火灾自然排烟模式数值模拟研究 清华大学李亮，李晓锋，朱颖心 摘 为平台，采用标准胁模型，结合某实际工程对地铁隧道区间发生火灾时自然排烟模式进行 模拟计算，以预测其实际通风排烟效果。具体分析不同通风竖井间距、风井出口局部阻力系 数变化和隧道区间是否设置隔墙等因素对区间内实际通风排烟效果的影响，最后得到一些建 设性结论。 关键字计算流体力学(CFD)；地铁隧道区间火灾；自然通风模式；加两方程模型 引 言 地铁作为缓解城市交通紧张的有效工具，在许多国家和城市得到广泛的应用，我国已 有北京、上海、广州、天津等城市拥有地铁系统，随着国民经济的发展，我国将有十几座城 市拟建地铁作为公交系统。在地铁建设与运营过程中，有一个不能忽视的潜在问题，即地铁 火灾的防范和应急处理问题。 根据日本、英国的火灾统计资料，火灾死亡的人数中，被烟气熏死的人所占的比例最 高达78．9％。因此，设计合适的地铁防排烟系统，确定合理的防排烟方案具有重要意义。 地下铁道火灾事故通常可以分为两种情况：车站火灾和区间隧道火灾。在区间隧道自 然通风模式下地铁车辆发生火灾时，烟气污染区域是以火灾源为中心，向隧道两端蔓延一定 区域，其扩散区域的大小取决于隧道区间构造、火灾规模以及通风情况。 一般地铁线路设计时在隧道风井内设置事故风机，即发生火灾时采用机械通风方案。 本文结合某～实际工程，针对在地铁线路设计时不采用设置事故风机，而采用增加隧道通风 竖井数量、缩小风井间距的方案，即在隧道区间发生火灾时采用自然通风排烟模式，进行模 拟分析研究，预测其实际通风排烟效果。 我国地下铁道设计规范19．1．40规定ill：区间隧道火灾的排烟量，按单洞区间隧道断面 lm／s。以上规范要求是针对机械通风 的排烟流速不小于2m／s计算，但排烟流速不得大于1 系统，而对于自然通风系统，因缺乏相应设计规范，需要针对实际工程进行具体分析。 分析预测发生火灾时的通风状况，可采用现场实验、模型实验或数值实验的方法。对 于前两类方法，由于火灾实验具有危险性大、费用高等特点，实施较为困难。因此数值实验 方法得到广泛的应用。 1 数学模型简介 本文采用被广泛使用的标准如两方程湍流模型进行求解，浮升力模型采用非线性 Boussinesq方程。描述隧道内烟气运动过程的控制方程的通用形式为12]： ．3I． 孙“旷r妒豺 洚m∞ 其中妒、r妒和分别表示通用变量、广义扩散系数和广义源项‘31。 2 物理模型简介 2．1隧道火灾模型设计条件及参数： a．火源强度设定： 火灾强度的合理设定一直是地铁火灾工况模拟分析中的难点。目前由于缺乏权威的 实测数据，所以在本次模拟计算中参考了国内外其他地铁设计采用的火灾强度‘41，为 10MW。 b．隧道区间土建结构： 隧道区间纵断面示意图如图1所示。 通风竖井横断面积为10．3rex2．5m=25．75m2，竖井高度7．5m，位置居中。 c．自然排烟条件： 隧道区间内相隔一定距离设通风竖井，无机械通风机。 通风竖井顶部出口处设有钢板格栅。 隧道之间设有隔墙。 钢板格柚 2．2物理模型的简化 实际隧道区间内部结构较为复杂，在模拟中作如下几点简化： a．按照最不利工况计算，发生火灾的车厢恰停在两通风竖井正中间 b．假定火源位于列车中部 C．忽略隧道区间轨道枕木等因素对空气流动的影响 d．忽略隧道区间内部电缆线对空气流动的影响 e．列车车厢外形近似为长方体，列车总长度120m f暂时不考虑隔墙的影响，后面将进行单独进行分析 g．先假定风井出13处无格栅，通风竖井出13处局部阻力变化对通风效果的影响后面将 单独进行分析 3 模拟计算结果与分析 3．1通风竖井间距对自然通风排烟效果的影响： 在暂时先不考虑隔墙与风井出口处局部阻力损失对排风量影响的前提下，计算结果表 明，当事故列车所停位置