B型地鐵列車側(cè)壁材料耐火性探究

1、    b型地鐵列車側(cè)壁材料耐火性探究    武超【摘  要】本文筆者對b型地鐵列車側(cè)壁材料的防火性進(jìn)行了分析研究，并在文章中詳細(xì)闡述了b型地鐵列車側(cè)壁材料耐火性材料的研究實驗方法，詳細(xì)總結(jié)了研究實驗方法原理、數(shù)據(jù)模型建立以及結(jié)果對比流程?！娟P(guān)鍵詞】b型地鐵列車;側(cè)壁結(jié)構(gòu);耐火性引言地鐵列車的側(cè)壁結(jié)構(gòu)對列車的防護(hù)性有直接的影響，而在列車運行過程中火災(zāi)發(fā)生的可能性相對比較大，危害性也比較大，對于列車側(cè)壁耐火性研究對于整個地鐵列車的防護(hù)性研究直觀重要。1.原理介紹列車運行中，列車材料的強(qiáng)度性能，機(jī)械性能、耐火性和抗腐蝕性能都對列車的運行起到非常重要

2、的作用。而在研究b型地鐵列車側(cè)壁材料的耐火性能中，是針對地鐵列車側(cè)壁結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行的試驗檢查。在b型地鐵列車實際檢查的過程中重要應(yīng)用的試驗方法是pyrosim軟件計算方法，在試驗中將b型地鐵車輛的各項數(shù)據(jù)都建入到pyrosim 軟件模型當(dāng)中，模擬b型地鐵車輛在遭遇火災(zāi)過程中實際的熱釋放速率、溫度、煙、火及毒氣的變化情況。并且在本次試驗中，試驗的列車側(cè)板主要材料包括鋁合金材料和玻璃鋼材料兩種，通過對比兩種材料的各項抗火數(shù)據(jù)，選擇使用耐火性更加良好的側(cè)壁材料。pyrosim軟件可以被稱作為火災(zāi)動態(tài)仿真模擬軟件，在pyrosim軟件當(dāng)中不僅應(yīng)用了可視化的三維圖形處理模塊，還包括火災(zāi)詳細(xì)資料輸入模塊，

3、輸入模塊中包括火災(zāi)數(shù)據(jù)建模、火源數(shù)據(jù)設(shè)置、材料燃燒條件和燃燒性能參數(shù)設(shè)置等多模塊，通過各模塊的參數(shù)設(shè)計合理的實現(xiàn)模型建立和數(shù)字對比。在pyrosim軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計算的過程中，應(yīng)用到的基本原理就是計算流體力學(xué)。在pyrosim軟件進(jìn)行計算的過程中主要包括以下兩部分內(nèi)容;（1）在pyrosim軟件計算中采用navier-stokes 方程計算熱驅(qū)動流動值，從而能夠有效的了解到模擬火災(zāi)場景中煙氣流動和熱傳遞過程。（2）利用pyrosim軟件可以利用有限體積方法計算網(wǎng)格中的熱輻射資源，包括列車模擬場景內(nèi)部底板、車體各個部位的溫度、熱釋放速率以及煙氣濃度等數(shù)值，從而有效的展現(xiàn)地鐵列車模擬產(chǎn)生的火災(zāi)情況，

4、和材料耐火情況。2.模型的建立與仿真在進(jìn)行pyrosim軟件數(shù)值試驗過程中，第一步就是進(jìn)行模型仿真建立，建立模型主要是在pyrosim軟件中輸入相應(yīng)的實際數(shù)據(jù)，便于模型建立和數(shù)值計算。主要包括三個方面;（1）將b 型地鐵車輛的實際值輸入到模型系統(tǒng)當(dāng)中，其中包括b 型地鐵車輛的高度、寬度、長度、空間體積，側(cè)壁材料厚度設(shè)計、門窗通風(fēng)性設(shè)計、內(nèi)部其他材料尺寸以及各項性能參數(shù)輸入。（2）將側(cè)壁材料數(shù)據(jù)輸入到軟件當(dāng)中。本次試驗主要檢測的就是b 型地鐵車輛側(cè)壁結(jié)構(gòu)材料的耐火性，所以檢測中應(yīng)該分別輸入設(shè)計好的仿真材料性能。本次試驗主要選擇玻璃鋼側(cè)壁材料和鋁合金側(cè)壁材料兩種材料各項參數(shù)條件（如表1）所示。（3

5、）為了方便直觀的觀察兩個材料的耐火性，應(yīng)該遵循對比條件一致的試驗原理，所以兩種材料在模擬火災(zāi)的過程中，應(yīng)該選擇使用同種燃燒模型，燃燒仿真性一致，才能保證試驗數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)。在進(jìn)行pyrosim軟件模型試驗的過程中，為了方便在試驗中測量各項數(shù)據(jù)比例，應(yīng)該在模擬車廂內(nèi)部設(shè)置相應(yīng)的傳感器和slice 面等實施檢測裝備，從而能夠有效的抱枕數(shù)據(jù)記錄的效率。而在本次試驗中，為了仿真火災(zāi)和充分燃燒情景，將國原單位熱釋放速率和火源面積進(jìn)行了數(shù)據(jù)計算，其中單位熱釋放速率為2500 kw/m 2，而火源面積則確定為0.09 m 2。3.仿真結(jié)果對比3.1熱釋放速率結(jié)果對比在材料耐火性對的過程中，熱釋放速率值對比在一

6、定程度上影響著材料的耐火性，所以在仿真實驗中應(yīng)該對材料的熱釋放速率進(jìn)行計算分析對比。材料的熱釋放速率具體就是指材料在燃燒的過程中單位時間所產(chǎn)生的熱量值。而在本次仿真實驗中，實驗的總體時間達(dá)到了1000s中，其中在具體的計算過程中，我們根據(jù)兩種材料的燃燒分為前期、中期和后期三個階段。前期階段具體就是指材料燃燒時間400s之內(nèi)。中期階段具體是指材料燃燒的400s-600s范圍之內(nèi)，而材料燃燒的后期階段則是在600s-1000s的范圍之內(nèi)，而通過模擬仿真實驗數(shù)據(jù)對比計算我們發(fā)現(xiàn)，鋁合金材料和玻璃鋼兩種材料在同一火源、燃燒面積相同以及通風(fēng)條件都一致的情況下，除了中期階段玻璃鋼材料的熱釋放率要高于鋁合金

7、材料的熱釋放率，前期和后期階段的兩種材料的熱釋放率幾乎一致。另外，通過數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，玻璃鋼材料的熱釋放率值最大為9.6mw.而燃燒時間在460-470s之間。而鋁合金材料的熱釋放率值最大為8.1mw，鋁合金材料的最大熱效率值燃燒時間在500-505s之間。鋁合金模型的燃燒速度相比于玻璃鋼模型的燃燒速度相對要慢，而燃燒速度慢就有利于地鐵列車人員進(jìn)行安全逃生。3.2溫度場的比較在b 型地鐵車輛進(jìn)行試驗的過程中，溫度場因素也直接影響到火災(zāi)的危險程度。據(jù)火災(zāi)危險相關(guān)知識數(shù)據(jù)顯示，在火災(zāi)發(fā)生的過程中，人體能夠承受的直接煙氣和熱度不應(yīng)該超過60攝氏度，如果超過60攝氏度人體受到的危害就相對比較大。利用py

8、rosim軟件對火災(zāi)發(fā)生中的溫度場進(jìn)行了分析比較，其中包括對兩種材料的同一位置處的溫度場進(jìn)行比較結(jié)果發(fā)現(xiàn)。鋁合金模型的熱場溫度達(dá)到60攝氏度是總計燃燒時間在175s-180s時間段內(nèi)。而玻璃鋼模型熱場溫度達(dá)到60攝氏度范圍時的燃燒時間范圍在160s-165s范圍之內(nèi)。所以，通過數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，鋁合金側(cè)壁材料相比于玻璃鋼材料的安全性系數(shù)更高。3.3 co濃度比較利用pyrosim軟件建模試驗中，還要對煙氣危害進(jìn)行對比，在火災(zāi)發(fā)生過程中，煙氣危害也比較嚴(yán)重，而在火災(zāi)發(fā)生中co是主要的危害物質(zhì)，所以為了有效的分析鋁合金材料和玻璃鋼材料的耐火性和安全性，也要對兩種材料燃燒產(chǎn)生的co濃度進(jìn)行對比。而通過p

9、yrosim軟件模擬數(shù)據(jù)對比可以發(fā)現(xiàn)，在1000s的燃燒時間之內(nèi)，分為三段燃燒時間，其中那個在中間400s-600s時間范圍之內(nèi)，玻璃鋼的煙氣濃度要比鋁合金的煙氣濃度要高。且與熱釋放速率變化相同，鋁合金材料的煙氣濃度最高值在600s左右，而玻璃鋼煙氣濃度的最高值在450s范圍之內(nèi)，且鋁合金煙氣最高濃度值為2.5x10-4kg/m3，而玻璃鋼的煙氣濃度最高值為2.9x10-4kg/m3。所以，相比較之下，鋁合金的側(cè)壁材料的耐熱性更好，安全性更高。4.結(jié)束語本文筆者從熱釋放速率、溫度場以及一氧化碳濃度三個方面進(jìn)行了比較，鋁合金材料的各方面數(shù)據(jù)值都要低于玻璃鋼材料。所以，b型地鐵列車的側(cè)壁材料中，鋁合金材料的耐火性更好，安全性更高。參考文獻(xiàn)1劉斌， 李冬， 厲志強(qiáng)，等. b型地鐵列車側(cè)壁材料耐火性分析j. 電力機(jī)車與城軌車輛， 2016， v.39;no.203（03）：69-71.2李寶泉， 李東鋒， 任曉玲，等. b型地鐵列車曲線連掛救援分析j. 中國鐵路， 2016， 000（006