地鐵隧道火災(zāi)煙氣控制及臨臨界風(fēng)速研究【畢業(yè)論文】

1、圖書分類號:密 級:畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：地鐵隧道火災(zāi)煙氣控制及臨臨界風(fēng)速研究the smoke extraction mode and criticalvelocity research of fire in subway tunnel學(xué)生姓名 班 級 學(xué)院名稱消防指揮專業(yè)名稱指導(dǎo)教師畢業(yè)論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行 研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含 任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重 要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作

2、者簽名： 日期：年月日畢業(yè)論文版權(quán)協(xié)議書本人完全了解關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在 學(xué)習(xí)期間所完成的畢業(yè)論文的知識產(chǎn)權(quán)歸所擁有。有權(quán)保留并向國家有關(guān)部 門或機(jī)構(gòu)送交畢業(yè)論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借 閱?？梢怨籍厴I(yè)論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本畢業(yè)論文的全部或部分 內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制 手段保存和匯編本畢業(yè)論文。論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：日期：年 月 日日期：年 月 日地鐵隧道火災(zāi)煙氣控制及臨臨界風(fēng)速研究摘要隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展，地鐵在城市的重要作用越來越突出，越來越 多的城市都在擬定地鐵發(fā)展規(guī)劃，繼續(xù)擴(kuò)大

3、和興建地鐵。由于地鐵處在地 面以下，在地鐵區(qū)間隧道內(nèi)，空間相對封閉、疏散條件差。區(qū)間隧道火災(zāi) 具有火災(zāi)蔓延快、溫度上升快、濃煙積聚不散、人員疏散困難以及火災(zāi)撲 救困難等特點(diǎn)。一旦發(fā)生區(qū)間隧道火災(zāi)，就容易造成重大傷亡和損失，產(chǎn) 生大的社會影響。所以地鐵隧道火災(zāi)與地面火災(zāi)相比有著更大的危險性。木文以地鐵隧道火災(zāi)煙氣為主線，在地鐵隧道通風(fēng)及防排煙模式研究 的基礎(chǔ)上，著重討論了不同火源功率、縱向通風(fēng)情況下，能夠有效控制火 災(zāi)煙氣回流的臨界風(fēng)速。利用cfd數(shù)值模擬技術(shù)研究了隧道發(fā)生火災(zāi)時， 隧道內(nèi)煙氣的蔓延規(guī)律、溫度和co的分布情況。對7.5mw> 10mw的隧 道火災(zāi)進(jìn)行模擬。通過模擬結(jié)果分析，

4、得出對于7.5mw的火災(zāi)，當(dāng)送風(fēng) 速度不小于3.2m/s時可以有效控制煙氣回流，對于10mw的火災(zāi)，當(dāng)送 風(fēng)速度不小于3.5m/s時可以有效控制隧道內(nèi)的煙氣回流。關(guān)鍵詞地鐵隧道火災(zāi)；通風(fēng)模式；臨界風(fēng)速；cfd；數(shù)值模擬the smoke extraction mode and criticalvelocity research of fire in subway tunnelabstractwith the development of cities and the construction of modernization, the role of subway in cities beco

5、mes more and more important. more and more cities are considering the subway development programming, planning to extend their former projects. because subway is under ground, in the tunnels between two subway ststions, the space is relatively narrow and the condition of evacuating is not desirable.

6、 the fire in the tunnels has many characteristics, such as spreading quickly, temperature rising quickly, difficult evacuating of smother and victims and so on. once there is fire accident in the tunnel, great casualty and loss might be caused and bad social influence would occur. so, compared with

7、the fire accident on the ground, the fire under the ground is more dangerous.taking the smoke of the subway tunnel fire as its main clew, basing on the tunnel aeration and smoke preventing and evacuating, this paper focuses on the critical wind velocity which can control smoke circumfluence efficien

8、tly under the conditions of different fire power and vertical ventilating. making the use of cfd numerical simulation technology, this paper makes a tentative study on the smoke spreading rules, temperature and the distributing of co when the fire is caused in the tunnels. this paper does the simula

9、tion of 7.5mw and 10mw tunnel fire. analyzing from the simulation results, this paper gets the following conclusion. for the 7.5mw fire, when the blowing speed is not smaller than 3.2m/s, the smoke circumfluence can be controlled efficiently; for the 10mw fire, when the blowing speed is not smaller

10、than 3.5m/s, the smoke circumfluence can be controlled efficiently.key words: subway tunnel fire; ventilation mode; critical wind velocity;cfd; numerical simulation目錄中文摘要i英文摘要ii目錄iii1引言12國內(nèi)外地鐵火災(zāi)研究概況22.1國外地鐵火災(zāi)統(tǒng)計22.2隧道火災(zāi)造成人員傷亡的原因42.3隧道火災(zāi)研究現(xiàn)狀42.4 木文主要研究內(nèi)容及意義53地鐵隧道火災(zāi)的主要研究方法63.1案例研究63.2實體實驗63.3模型實驗63.4數(shù)值

11、模擬74地鐵隧道火災(zāi)通風(fēng)形式及臨界風(fēng)速84.1地鐵隧道通風(fēng)形式84.1.1自然通風(fēng)形式84.1.2機(jī)械通風(fēng)形式84.2地鐵隧道臨界風(fēng)速的確定114.2.1臨界風(fēng)速114.2.2臨界風(fēng)速的確定125地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)fds模擬及結(jié)果分析135.1 fds 簡介135.2模擬參數(shù)設(shè)置145.2.1區(qū)間隧道建筑結(jié)構(gòu)及fds建模145.2.2火源功率的選取155.2.3臨界風(fēng)速的確定165.3隧道火災(zāi)fds模擬與結(jié)果分析 175.3.1地鐵隧道火災(zāi)蔓延過程175.3.2 10mw隧道火災(zāi)臨界風(fēng)速確定215.3.3 7.5mw隧道火災(zāi)臨界風(fēng)速確定246結(jié)論27參考文獻(xiàn)28致謝291引言隨著社會、經(jīng)濟(jì)和城市

12、建設(shè)的高速發(fā)展，城市地面交通日趨緊張。作 為城市交通運(yùn)輸重要設(shè)施之一的地鐵，以其快速、經(jīng)濟(jì)、節(jié)約地面空間等 特點(diǎn)得到了飛速的發(fā)展。目前國內(nèi)已有北京、上海、廣州、南京、天津、 深圳等6座城市地鐵線路投入運(yùn)營，武漢、大連、蘇州、長春、杭州等城 市正在規(guī)劃建設(shè)之中匕目前在建和規(guī)劃建設(shè)的城市軌道交通線路多達(dá)50 條以上，到2010年將形成總運(yùn)營里程達(dá)900 km以上的規(guī)模。城市地鐵的建設(shè)，促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，緩解了城市交通壓力，為 人們的出行帶來了方便。但在地鐵運(yùn)營過程中，設(shè)備故障或人為的原因可 能會使車輛、電器設(shè)備和旅客行李等著火引起火災(zāi)。地鐵火災(zāi)事故通?？?以分為兩種情況：車站火災(zāi)和區(qū)間隧道火災(zāi)

13、。區(qū)間隧道火災(zāi)具有火災(zāi)蔓延 快、溫度上升快、濃煙積聚不散、人員疏散困難以及火災(zāi)撲救困難等特點(diǎn) l2jo在發(fā)生火災(zāi)時，由于通風(fēng)不足、燃燒不充分，co、co?及其它有毒氣 體濃度增長迅速，同時排熱煙條件差、煙量較大，熱量聚集快，內(nèi)部溫度 上升快，人員的疏散方向與煙氣擴(kuò)散方向都是出入口，所以地鐵隧道火災(zāi) 極易造成群死群傷事故。例如，1987年12月，英國倫敦國王十字地鐵 站發(fā)生大火，造成了 30人死亡，50人受傷；1995年10月阿塞拜疆巴庫 地鐵列車火災(zāi)，造成558人死亡，傷269人；2003年2月18日韓國大邱 地鐵人為縱火案，造成126人死亡，289人受傷。地鐵隧道火災(zāi)與地面建筑或其它地下建筑

14、火災(zāi)相比有它特殊的性質(zhì)， 它與外界的聯(lián)系主要為出入口，人員密集，排煙困難，因此與地面建筑火 災(zāi)相比具有更大的危險性。地鐵車站及區(qū)間隧道深埋于地下，環(huán)境封閉， 人員密集，通風(fēng)疏散困難，一旦發(fā)生火災(zāi)就可能引發(fā)大規(guī)模的群死群傷事 故。因此，地鐵火災(zāi)成為備受關(guān)注的話題，如何有效控制地鐵火災(zāi)，如何 組織地鐵火災(zāi)時的人員疏散成為安全科學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題。其中區(qū)間 隧道安全問題也受到各國專業(yè)人士的關(guān)注，隧道通風(fēng)問題成為各國學(xué)者研 究的一個重要方面。2國內(nèi)外地鐵火災(zāi)研究概況2.1國內(nèi)外地鐵火災(zāi)統(tǒng)計國外地鐵運(yùn)營歷史從19世紀(jì)60年代至今長達(dá)兩個多世紀(jì)，在此期間 建有地鐵線路的國家均發(fā)生過不同原因引發(fā)的地鐵火災(zāi)

15、，并造成了巨大的 人員傷亡和財產(chǎn)損失。19702003年間國外地鐵重大火災(zāi)情況匯總?cè)绫?2.1所示。表2.119702003年間國外地鐵重大火災(zāi)情況匯總時間地點(diǎn)火災(zāi)原因及后果1979年1月美國舊金山電路短路引發(fā)大火，死亡1人，傷56人1979年3月法國巴黎乘客車廂電路短路引發(fā)大火，燒毀1節(jié)車廂，傷26人1979年9月美國費(fèi)城變壓器火災(zāi)引起爆炸，傷148人1980年4月德國漢堡車廂座位著火，燃燒2節(jié)車廂，傷4人1980年6月英國倫敦丟棄的未熄煙頭引發(fā)大火，死亡1人1981年6月俄羅斯莫斯科電路引起火災(zāi)，死亡7人1981年9月德國波恩操作失謀引發(fā)火災(zāi)，無人員傷亡，車輛報廢1982年3月美國紐約傳動

16、裝置故障引發(fā)火災(zāi)，傷86人，1節(jié)車廂報廢1982年6月美國紐約大火燃燒了 6h,燒毀4節(jié)車廂1982年8月英國倫敦電路短路引起火災(zāi)，傷15人，燒毀4節(jié)車廂1983年9月德國慕尼黑電路著火，2輛車被毀，傷7人1984年9月德國漢堡列車座位著火，2輛車被毀，傷1人1984年11月英國倫敦車站站臺引發(fā)大火，車站損失巨大1985年4月法國巴黎垃圾引發(fā)大火，傷6人1987年6月比利時布魯塞爾自助餐廳引起火災(zāi)1987 年俄羅斯莫斯科火車燃燒1987年11月英國倫敦自動扶梯下而的機(jī)房內(nèi)產(chǎn)生電氣火花，死亡31人，傷100多人1991年4月瑞士蘇黎士地鐵機(jī)車電線短路，重傷58人1995年10月阿塞拜疆巴庫電動機(jī)

17、車電路故障，死亡558人，傷269人2003年2月韓國大邱地鐵市中心車站人為縱火，死亡126人，傷289人，失蹤318人，兩輛列車被燒毀我國地鐵建設(shè)和運(yùn)營時間雖然遠(yuǎn)不及其他國家久，但也發(fā)生了一些嚴(yán) 重的地鐵火災(zāi)事故。表2.2是我國地鐵火災(zāi)情況匯總，分析可知，雖然我 國地鐵運(yùn)營早期線路較短、地鐵車站結(jié)構(gòu)簡單，但地鐵火災(zāi)事故的損失仍 然是嚴(yán)重的，地鐵火災(zāi)的危險性不容忽視。目前，隨著我國各大城市原有 地鐵線路及運(yùn)營設(shè)備逐步老化，新建線路不斷增加，地鐵火災(zāi)事故發(fā)生的 概率也相應(yīng)增加。表2.2 我國地鐵火災(zāi)情況匯總城市地點(diǎn)簡況地鐵一號線北京地鐵二號線天津原地鐵一號線地鐵一號線上海地鐵二號線廣州地鐵一號線

18、火災(zāi)情況共發(fā)生152起火災(zāi)，3人死亡、300人受傷,燒毀客車4輛，電纜3500m發(fā)生1起火災(zāi)39次設(shè)備故障，3次使用滅火器、1次啟動鹵代烷1301滅火系統(tǒng)；2 起火災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失1725萬元 發(fā)生1起火災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失約20 萬元火災(zāi)原因午輛電器故障、違章操作致使電站 分閘打火、違章電焊引燃可燃物 值班室棉被被電燈引燃設(shè)備過載、短路、小動物損壞設(shè)備 等，違章電焊變電所電柜電氣元件故障引燃電 線引發(fā)地鐵火災(zāi)事故的原因比較多，而根據(jù)地鐵建筑的主要結(jié)構(gòu)，地鐵 火災(zāi)發(fā)生的位置可以分為車站內(nèi)火災(zāi)和區(qū)間隧道火災(zāi)兩種情況。表2.3為 地鐵火災(zāi)起火位置統(tǒng)計表。從表中可以看出地鐵隧道起火的事故占統(tǒng)計案 例的9

19、.6%o雖然隧道火災(zāi)比例較小，但由于隧道為狹長帶狀、封閉空間， 火災(zāi)吋煙氣蔓延快、不易排除，同吋人員疏散困難，因此隧道內(nèi)的火災(zāi)危 險性最大。因此，隧道火災(zāi)需要有效地排除煙氣，使煙氣按一定的方向排 出，以利于人員的疏散、迅速撤離現(xiàn)場及消防人員的進(jìn)入。研究地鐵隧道 火災(zāi)，特別是區(qū)間隧道火災(zāi)煙氣控制是非常重要的。表2.3地鐵火災(zāi)起火部位統(tǒng)計分析起火部位案例數(shù)量（起）所占比例（）列車車廂2344. 2站臺站廳815. 4地鐵隧道596部位不明確1630. 8總計521002.2 隧道火災(zāi)造成人員傷亡的原因調(diào)查表明，煙氣是造成地鐵火災(zāi)過程中人員傷亡的主要原因。地鐵隧 道發(fā)生火災(zāi)時，造成人員的傷亡絕大多數(shù)

20、是被煙氣熏倒、中毒、窒息所致, 地鐵火災(zāi)中80 %以上的死亡者都是由于煙氣中毒致死。地鐵火災(zāi)煙氣造 成人員嚴(yán)重傷亡的主要原因是：(1) 燃燒消耗了大量的氧氣，使得煙氣中的含氧量往往低于人們生 理上所需的正常數(shù)值。當(dāng)空氣中的含氧量降低到12 %時，短時間內(nèi)就會 暈倒，甚至死亡。(2) 煙氣中含有各種有毒氣體，如co、氯化物和氧化物等，這些 氣體的含量有的可能大大超過了人們正常生理所允許的最低濃度，從而造 成人員中毒死亡。(3) 地鐵火災(zāi)時，會產(chǎn)生大量高溫?zé)煔猓袝r甚至能達(dá)到1000 °c 以上。人對高溫?zé)煔獾娜棠统潭仁怯邢薜模?20 °c時，15 min內(nèi)就將產(chǎn) 生不可恢復(fù)

21、的損傷；煙氣溫度進(jìn)一步提高，損傷時間則更短。(4) 煙氣中含有大量的固體和液體顆粒，由于這些顆粒對光線的吸 收、反射、散射和遮擋作用，使得火場中的能見度大大降低，從而對人員 安全疏散和撲救行動產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，地鐵火災(zāi)研究的核心問題之一就是煙氣控制。如果能夠清楚地 掌握火災(zāi)煙氣的發(fā)展規(guī)律，有效地控制煙氣的蔓延，就可以大大降低地鐵 火災(zāi)引起的人員傷亡。開展地鐵防排煙設(shè)計參數(shù)及煙氣控制系統(tǒng)的研究， 對于防治地鐵火災(zāi)、減少火災(zāi)時的人員傷亡與財產(chǎn)損失和為地鐵設(shè)計參數(shù) 提供指導(dǎo)有著重要意義。2.3 隧道火災(zāi)研究現(xiàn)狀目前，國內(nèi)外已有很多人對地鐵隧道火災(zāi)煙氣的流動與控制做了大量 的研究。pj.woodb

22、urn等人把地鐵火災(zāi)煙氣的數(shù)值模擬值與實驗值進(jìn)行了 對比，用來驗證數(shù)值模擬的靈敏度和準(zhǔn)確性，研究表明，除縱向通風(fēng)速度對 煙氣回流擴(kuò)散范圍具有決定性影響外，火源的熱釋放速率以及湍流模型的 選擇對煙氣回流擴(kuò)散范圍影響也較大。s.kumar等人對隧道火災(zāi)進(jìn)行了三 維數(shù)值模擬，并分別研究了輻射、熱傳導(dǎo)和壁面粗糙度等因素對火災(zāi)煙氣 的影響。盧平等人對縱向通風(fēng)水平隧道火災(zāi)煙氣的流動特性進(jìn)行了模擬與 分析。鄭晉麗研究了隧道火災(zāi)中幾種常用的數(shù)值模擬方法，提出了火災(zāi)發(fā) 生后應(yīng)采取的有效煙氣控制措施。天津大學(xué)那艷玲等以地鐵火災(zāi)與煙氣發(fā) 展過程的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，建立cfd模擬的物理模型，對島式無屏蔽門 的地鐵車站列

23、車火災(zāi)進(jìn)行了數(shù)值模擬，并在深圳地鐵進(jìn)行小規(guī)模實體實 驗予以驗證?？偟恼f來，由于實體實驗需要耗費(fèi)大量的人力和物力，地鐵和隧道火 災(zāi)的實驗研究大多都是小尺寸的模型實驗和計算機(jī)數(shù)值模擬研究。而對于 地鐵隧道的研究較少，大多隧道研究由于計算機(jī)運(yùn)算速度的限制，隧道的 長度都在100m以內(nèi)，并且對于不同熱釋放速率下的臨界風(fēng)速模擬研究較 少。2.4 本文主要研究內(nèi)容及意義對于地鐵隧道來講，由于地下特殊的環(huán)境狀況，通風(fēng)設(shè)計及火災(zāi)下通 風(fēng)問題尤為重要?；馂?zāi)發(fā)生時，要保證一條安全的疏散通道，就必須結(jié)合 疏散的要求，合理設(shè)計地鐵隧道內(nèi)的防排煙系統(tǒng)。木文將在總結(jié)地鐵隧道防排煙模式的基礎(chǔ)上，綜合隧道內(nèi)突發(fā)事件時 人群疏

24、散路線特點(diǎn)，利用fds軟件對地鐵隧道火災(zāi)進(jìn)行數(shù)值模擬，主要 工作內(nèi)容如下：(1) 總結(jié)火災(zāi)發(fā)生時地鐵隧道內(nèi)的防排煙模式和臨界風(fēng)速的確定方 法；(2) 以火源功率為10mw為前提，模擬地鐵隧道火災(zāi)煙氣的蔓延規(guī) 律及溫度場、濃度場分布；(3 )分別針對地鐵火災(zāi)最可能的火源功率7.5mw和10mw進(jìn)行模擬， 通過分析煙氣蔓延過程、溫度分布和速度分布，確定可以有效控制煙氣蔓 延的臨界風(fēng)速大小。從國內(nèi)外地鐵隧道火災(zāi)事故及其嚴(yán)重的危害性可以看出，隧道火災(zāi)的 研究工作對隧道火災(zāi)的防治具有極其重大的意義。如果地鐵隧道通風(fēng)系統(tǒng) 設(shè)計合理，并且能在火災(zāi)發(fā)生后立即采取正確有效的通風(fēng)方案，則可以有 效地控制煙氣的發(fā)展

25、，將火災(zāi)區(qū)域控制到最小范圍，為人員逃生爭取時間， 減輕人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。木文的研究結(jié)果，將為地鐵隧道火災(zāi)的撲救、 防排煙設(shè)計以及臨界風(fēng)速的選取提供一定的借鑒和理論依據(jù)。3 地鐵隧道火災(zāi)的主要研究方法由于地鐵火災(zāi)在全世界范圍內(nèi)廣泛而頻繁的發(fā)生，且區(qū)間隧道火災(zāi)具 有的特點(diǎn)，一旦火災(zāi)發(fā)生，就容易造成重大傷亡和嚴(yán)重的損失。因此國內(nèi) 外有關(guān)人士都很重視對地鐵火災(zāi)的研究工作。目前世界各國研究地鐵火災(zāi) 問題的方法主要有：案例研究、實體實驗、模擬實驗和數(shù)值模擬等幾種。 3.1案例研究對地鐵隧道火災(zāi)的真實案例進(jìn)行調(diào)查研究是地鐵隧道火災(zāi)研究的主 要方式之一。地鐵隧道火災(zāi)案例研究的工作方法通常是：通過調(diào)查分析實

26、際發(fā)生的地鐵隧道火災(zāi)事件，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，積累數(shù)據(jù)資料，并為地鐵系 統(tǒng)的消防安全設(shè)計提供重要的指導(dǎo)信息和依據(jù)。一些重大的地鐵火災(zāi)事故，如倫敦國王十字車站火災(zāi)，以及2003年2 月發(fā)生的韓國大邱地鐵火災(zāi)，都作為較為經(jīng)典的火災(zāi)案例，被各國專業(yè)人 員反復(fù)研究、分析和借鑒，這些研究結(jié)果對提高各國地鐵設(shè)計和管理中的 安全性問題起到了很大的作用。案例研究這一方法的主要缺陷在于較難獲得關(guān)于火災(zāi)現(xiàn)場真實、準(zhǔn) 確、完整的數(shù)據(jù)資料，如果不輔以實驗研究和模擬研究，單純的案例調(diào)查 只能停留在定性分析的層面，難以對地鐵火災(zāi)問題進(jìn)行定量化研究。3.2 實體實驗實體實驗是在真實的地鐵環(huán)境中進(jìn)行火災(zāi)實驗。對于地鐵火災(zāi)的研 究，

27、實體實驗是最肓接的方法。如日木東京都交通局1978年秋在都營地 鐵進(jìn)行的排煙實驗，聯(lián)邦德國地下交通設(shè)施研究協(xié)會在1981年和1986年 進(jìn)行的地鐵火災(zāi)燃燒特性實驗等，都為火災(zāi)狀態(tài)下地鐵車站通風(fēng)問題的 研究提供了有價值的數(shù)據(jù)和資料。另外，2000年至2006年我國上海地鐵 在新線路建設(shè)和運(yùn)營期間，為了驗證站內(nèi)煙氣控制系統(tǒng)的有效性，也在部 分車站進(jìn)行了小規(guī)模的地鐵排煙系統(tǒng)運(yùn)行實驗。但實驗僅驗證了地鐵車站 防排煙系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)作的情況及其通風(fēng)排煙能力的個別指標(biāo)符合設(shè)計要 求，并未針對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行有計劃的采集和記錄。實體尺寸的地鐵系統(tǒng)火災(zāi)實驗費(fèi)用較高，每次實驗的周期較長，并且 受到地鐵線路正常運(yùn)營活動的

28、限制，因此實施的難度很大。3.3 模型實驗?zāi)Ｐ蛯嶒炇菍φ鎸嵉罔F進(jìn)行簡化，并按比例縮小的模擬實驗。因為采 用小比例模型進(jìn)行操作，實驗費(fèi)用較實體實驗為低，故受到各國科學(xué)家的 青睞，德國、日木、法國、英國、意大利等國專家在地鐵研究中進(jìn)行過一 系列的模型實驗，用以研究地鐵隧道內(nèi)活塞風(fēng)運(yùn)動，地鐵環(huán)境控制，地鐵 火災(zāi)等問題。中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院在深圳地鐵1號線續(xù)建工程、廣州地鐵3號 線建設(shè)、廣州地鐵2號8號線拆解工程和廣州地鐵6號線地鐵火災(zāi)煙氣流 動與控制設(shè)計方面做了大量的研究工作，建造了 1： 10的地鐵火災(zāi)模擬實 驗臺，開展了地鐵站點(diǎn)站臺火災(zāi)、列車火災(zāi)煙氣控制的實體模型實驗。不過，由于地鐵車站具體的

29、結(jié)構(gòu)形式和建筑布局彼此不同，模型實驗 無法針對各個不同車站的特點(diǎn)詳細(xì)地反映出火災(zāi)條件下的具體情況。3.4 數(shù)值模擬地鐵隧道火災(zāi)的數(shù)值模擬是利用流體力學(xué)、熱力學(xué)和傳熱學(xué)的基木方 程，建立數(shù)學(xué)模型，針對地鐵隧道內(nèi)環(huán)境及設(shè)定火災(zāi)工況進(jìn)行計算和模擬。 火災(zāi)數(shù)值模擬主要包括對燃燒引發(fā)的一系列物理現(xiàn)象的模擬，如模擬燃燒 過程及火焰、煙氣傳播過程等。目前數(shù)值模擬大致可分為三個層次，一是 根據(jù)實驗歸納經(jīng)驗公式，利用計算機(jī)的數(shù)據(jù)庫和圖形圖像功能對描述的問 題產(chǎn)生肓觀的了解，包括釋熱速率，平均火焰高度，頂棚射流溫度等重要 參數(shù)的估算；二是引入部分經(jīng)驗常數(shù)，求解簡化的代數(shù)方程組或一維常維 分方程組，即網(wǎng)絡(luò)模型和區(qū)域

30、模型；三是以計算燃燒學(xué)為基木理論的場模 型。采用三種模型編制的軟件cfast、fds、jasmine、cfx、fluent、 phoenics、star-cd等在地鐵隧道火災(zāi)研究工作中均有應(yīng)用。數(shù)值模擬方法簡單方便，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，可以根據(jù)地鐵隧道的具體結(jié)構(gòu)形 式建立模型進(jìn)行模擬，并可以根據(jù)研究需要隨時對各種邊界條件進(jìn)行更 改。隨著近年來計算機(jī)模擬計算飛速發(fā)展，目前已有大量較成熟的計算模 擬軟件應(yīng)用在地鐵環(huán)境控制和火災(zāi)研究上，且取得了大量實測難以取得的 階段性成果。但數(shù)值模擬方法也有不可回避的局限性，如計算機(jī)模擬軟件 木身的適用性、火災(zāi)工況設(shè)計的合理性以及各類邊界條件的準(zhǔn)確性等都會 對模擬結(jié)果的可信

31、性產(chǎn)生影響。因此，在研究初期，很多數(shù)值模擬研究需 要引用實體實驗或模擬實驗的結(jié)果作為驗證。上述四種方法均為國內(nèi)外研究者廣泛使用的地鐵火災(zāi)研究方法。對比 而言，案例研究肓接針對實際發(fā)生的火災(zāi)案例進(jìn)行分析，是一切其他研究 方法的基礎(chǔ)，任何其他研究方法都需要源于實際地鐵火災(zāi)的數(shù)據(jù)資料。但 現(xiàn)實中的案例有限，而且火災(zāi)現(xiàn)場的大量數(shù)據(jù)通常無法準(zhǔn)確采集，因此這 種方法有較大的局限性。實體實驗和模型實驗都是通過實驗的手段對地鐵 火災(zāi)進(jìn)行研究，可信性較高。但實驗研究的不足之處在于費(fèi)用較高，實體 實驗的實施要受到環(huán)境限制。數(shù)值模擬方法借助于現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)，經(jīng)濟(jì)、 靈活、方便，為地鐵隧道火災(zāi)研究提供了全新的平臺。近

32、年來，選用適宜 的計算機(jī)模擬軟件對鐵隧道火災(zāi)有關(guān)問題進(jìn)行數(shù)值模擬已成為地鐵隧道 火災(zāi)的主流。4 地鐵隧道火災(zāi)通風(fēng)形式及臨界風(fēng)速4.1 地鐵隧道通風(fēng)形式由于隧道火災(zāi)的危害性及特殊性，隧道火災(zāi)的防治問題一肓是火災(zāi)科 學(xué)研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。隧道通風(fēng)是地鐵隧道火災(zāi)防治過程中的一個重要的 考慮因素，良好的隧道通風(fēng)設(shè)計能在很大限度上減少隧道火災(zāi)的發(fā)生及其 危害?；馂?zāi)中，隧道火災(zāi)通風(fēng)系統(tǒng)與其它安全設(shè)施結(jié)合后需要達(dá)到以下目 的：提供避難的安全空間；提供清晰明確h安全的逃生通道；提供消防人 員、設(shè)施、車輛接近火源的通道。地鐵區(qū)間隧道的通風(fēng)有自然通風(fēng)和機(jī)械 通風(fēng)兩種形式。4.1.1自然通風(fēng)形式自然通風(fēng)是利用地鐵列車

33、高速行駛所產(chǎn)生的“活塞風(fēng)”進(jìn)行通風(fēng)排氣， 即借助于列車運(yùn)行產(chǎn)生的氣流對頂部通風(fēng)口的“推一一吸”作用，將臟氣 排除出隧道，而將新鮮空氣吸納進(jìn)來。因此，自然通風(fēng)系統(tǒng)又稱為“活塞 通風(fēng)系統(tǒng)”。在這種通風(fēng)形式中，區(qū)間隧道的頂部每隔一段距離需要開設(shè)肓接向外 界開口的通風(fēng)豎井，使外界的空氣與隧道內(nèi)的空氣進(jìn)行交換，以達(dá)到對地 下空間的空氣溫度、濕度、空氣流速和空氣品質(zhì)進(jìn)行控制的目的。地鐵區(qū)間隧道的自然通風(fēng)形式在法國、德國的一部分早期淺埋地鐵區(qū) 間隧道大量采用，并且成功運(yùn)行了 10多年，而在我國地鐵中僅在成都地 鐵1線建設(shè)首次使用。這種形式主要在正常運(yùn)行條件下有效改善隧道環(huán) 境質(zhì)量，而在地鐵區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)的

34、情況下，自然通風(fēng)就不能滿足要求 to4.1.2 機(jī)械通風(fēng)形式由于自然通風(fēng)只能在正常運(yùn)行條件下發(fā)揮良好的作用，火災(zāi)時無法滿 足防排煙的要求，因此在火災(zāi)情況下地鐵區(qū)間隧道通風(fēng)一般采取機(jī)械通風(fēng) 的形式。根據(jù)通風(fēng)的方向，又可以把地鐵區(qū)間隧道的機(jī)械通風(fēng)分為橫向通 風(fēng)、半橫向通風(fēng)和縱向通風(fēng)三種形式。（1）橫向通風(fēng)橫向通風(fēng)是指在區(qū)間隧道頂部進(jìn)行排煙，通風(fēng)氣流沿隧道橫截面運(yùn)動 的通風(fēng)模式。如圖4.1所示，橫向通風(fēng)的特點(diǎn)是風(fēng)在隧道的橫斷面方向流 動，一般不發(fā)?？v向流動，因此人員疏散方向與排煙方向不存在矛盾。這 種方法可以將火災(zāi)產(chǎn)生的大量煙氣迅速排除出去，減緩了熱煙氣層積聚下 降的速度，為人員疏散贏得了寶貴的時間

35、。橫向通風(fēng)關(guān)鍵是要將產(chǎn)生的煙氣及時排出以防沿隧道縱向擴(kuò)散，因 此系統(tǒng)設(shè)計中對風(fēng)機(jī)的效率要求較高。該方式要求沿隧道全長設(shè)置排煙管 道，因而其土建工程費(fèi)用和維護(hù)管理費(fèi)用比另外兩種通風(fēng)形式都高，地鐵 區(qū)間隧道又給管道設(shè)備的維護(hù)帶來不便，因此在我國的實際工程中，橫向 通風(fēng)的形式目前在地鐵區(qū)間隧道的火災(zāi)煙氣控制中的應(yīng)用較少。橫合圖4.1 地鐵區(qū)間隧道的橫向通風(fēng)模式(2) 半橫向通風(fēng)由隧道通風(fēng)管道在隧道頂部設(shè)置風(fēng)井，在火災(zāi)情況下由風(fēng)井排煙，相 應(yīng)地由兩側(cè)洞口沿隧道縱向補(bǔ)風(fēng)。半橫向通風(fēng)是縱向通風(fēng)的進(jìn)一步發(fā)展， 既有縱向通風(fēng)，又有橫向通風(fēng)。如圖4.2所示。但從總體效果上看，由于 其橫向通風(fēng)部分不是沿隧道全長設(shè)

36、置，因而火災(zāi)煙氣在縱向仍然有明顯流 動，對疏散人員仍有威脅，而且由于半橫向通風(fēng)和橫向通風(fēng)一樣具有結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，投入及維護(hù)費(fèi)用高的問題，所以目前在地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)煙氣控制 中也不常用。圖4.2 地鐵區(qū)間隧道的半橫向通風(fēng)模式（3）縱向通風(fēng)縱向通風(fēng)是指沿著隧道的縱深方向進(jìn)行通風(fēng)，地鐵隧道火災(zāi)中，主耍利用縱向通 風(fēng)氣流控制隧道內(nèi)火災(zāi)煙氣流向，并向隧道內(nèi)的疏散人員提供一定的迎面風(fēng)速，以引 導(dǎo)疏散方向，如圖4.3所示?？v向通風(fēng)是日前我國地鐵隧道火災(zāi)煙氣控制中使用最為廣 泛的一種方法。圖4.3 地鐵區(qū)間隧道的縱向通風(fēng)模式目前，地鐵隧道的縱向通風(fēng)主要通過兩種途徑實現(xiàn)，一種途徑是依靠 區(qū)間隧道前、后兩個車站內(nèi)的送

37、排風(fēng)系統(tǒng)的協(xié)同工作，在隧道內(nèi)形成一定 方向的縱向氣流。這種方法投資較少，但效率較低；另一種方法是在區(qū)間 隧道的兩個端部（靠近車站處）設(shè)置專用的送排風(fēng)機(jī)，在緊急情況下啟動， 對區(qū)間隧道進(jìn)行通風(fēng)。這種方法投入較第一種方法大，但通風(fēng)效果明顯。 目前我國多數(shù)地鐵站內(nèi)都在區(qū)間隧道端部安裝了這樣的事故風(fēng)機(jī)，該系統(tǒng) 常用的布置情況如圖4.4所示。$故鳳開$故風(fēng)開$故現(xiàn)芥 nnt 1$紋規(guī)?f工可逆鳳m工可逆風(fēng)機(jī)fim 逆al機(jī)-旁f可逆鳳機(jī) 一i 閥送間隧道圖4.4 區(qū)間隧道縱向通風(fēng)系統(tǒng)簡圖4.2 地鐵隧道臨界風(fēng)速的確定4.2.1 臨界風(fēng)速“臨界風(fēng)速”是指在應(yīng)急通風(fēng)情況下，為避免產(chǎn)生逆流現(xiàn)象，通風(fēng)系 統(tǒng)在隧

38、道內(nèi)火災(zāi)發(fā)生地所應(yīng)形成的最小排煙通風(fēng)風(fēng)速。當(dāng)采用縱向通風(fēng)模 式的吋候，只有縱向通風(fēng)氣流的風(fēng)速增大到剛好可以克服煙氣熱壓作用之 后，才有可能阻止隧道上層熱煙氣的冋流，此吋的機(jī)械通風(fēng)速度稱為臨界 風(fēng)速(critical velocity, vcr)o臨界風(fēng)速的確定是縱向通風(fēng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如果控制不好通風(fēng)量，無法滿足臨界風(fēng)速的要求，就無法有效控制煙 氣的蔓延，最終煙氣將充滿整個隧道，圖4.54.7為不同送風(fēng)風(fēng)速下煙氣 的流動情況小。圖4.5 無通風(fēng)時隧道內(nèi)火災(zāi)煙氣流動圖4.6 風(fēng)速小于臨界風(fēng)速時隧道內(nèi)火災(zāi)煙氣流動圖4.7 風(fēng)速滿足臨界風(fēng)速時隧道內(nèi)火災(zāi)煙氣流動4.2.2 臨界風(fēng)速的確定由于地鐵區(qū)間隧道縱

39、向通風(fēng)模式較為常用，因此大量研究表明，隧道 火災(zāi)煙氣控制的關(guān)鍵在于臨界風(fēng)速的確定，而臨界風(fēng)速值涉及很多因素， 如火災(zāi)規(guī)模、隧道的坡度及斷而幾何形狀等，其中以火災(zāi)規(guī)模對臨界風(fēng)速 的影響最大。由于影響臨界風(fēng)速的因素比較多，多數(shù)研究者采用經(jīng)驗公式或查圖法 求得設(shè)定火災(zāi)規(guī)模下的臨界風(fēng)速。(1)公式求解目前，多數(shù)研究者采用如下經(jīng)驗公式求得設(shè)定火災(zāi)規(guī)模下的臨界風(fēng) 速：&hqpzpatj(1)qppavcr+ t°(2)式中：匕r臨界風(fēng)速，m/sg 重力加速度，m/s2h隧道高度，m q火災(zāi)熱釋放速率，w°空氣密度，kg/m35空氣定壓比熱，j/kg ka隧道凈橫斷面面積，m3t

40、f熱空氣溫度，kt()環(huán)境空氣溫度，kk無綱量系數(shù)，k=0.61kg坡度修正系數(shù)，地鐵隧道一般無明顯坡度，念=10。(2)查圖法火災(zāi)規(guī)模對臨界風(fēng)速的影響最大，根據(jù)試驗擬合，美國交通部得到一 般單線隧道臨界風(fēng)速與火災(zāi)規(guī)模的關(guān)系圖，如圖4.8所示。(s/u0/ot昭o0.00一-”,157.51012.51517.520火災(zāi)w/mw3.002.500250圖48臨界風(fēng)速與火災(zāi)規(guī)模關(guān)系(一般單線隧道)5 地鐵區(qū)間隧道火災(zāi)fds模擬及結(jié)果分析5.1 fds簡介fds ( fire dynamics simulator)是由美國國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)局(nist： national institute of st

41、andards and technology)的建筑火災(zāi)實驗室(bfrl, building and fire research laboratory)研究開發(fā)的一種火災(zāi)場模擬軟件 ll2jo該軟件以火災(zāi)中流體運(yùn)動為主要模擬對象，采用數(shù)值方法求解受火災(zāi) 浮力驅(qū)動的低馬赫數(shù)流動的navierstokes方程，重點(diǎn)計算火災(zāi)中的煙氣 和熱傳遞過程，同時可以用于模擬噴淋裝置和其他一些滅火裝置的工作過 程。由于fds程序是開放的，其準(zhǔn)確性得到了大量試驗的驗證。因此， 在火災(zāi)科學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。fds采用數(shù)值方法求解一組描述熱驅(qū)動的低速流動的navierstokes 方程(粘性流體方程)，重點(diǎn)是計算火

42、災(zāi)中的煙氣流動和熱傳遞過程。cfd 模型把設(shè)定的空間分成多個小的三維矩形控制體或計算單元，并計算每個 單元內(nèi)氣體密度，速度，溫度，壓力和組分濃度。該軟件基于質(zhì)量平衡、 動量平衡，組分平衡和能量平衡，追蹤預(yù)則火災(zāi)氣體的產(chǎn)生和移動，并結(jié) 合家具、墻壁、地板和頂棚的材料特性來計算火災(zāi)的增長和蔓延。fds火災(zāi)模擬軟件包含fds和smokeview兩部分。fds是軟件的主 體部分，主要完成對模擬場景的構(gòu)建和計算。而smokeview則是nist 開發(fā)的一種使fds計算結(jié)果直觀化的程序，它既能處理動態(tài)數(shù)據(jù)也能顯 示靜態(tài)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)以二維或三維動畫的形式顯現(xiàn)出來。圖5.1 +描述了 fds軟件中數(shù)據(jù)文

43、件和程序的關(guān)系，一般使用fds和smokeview 的典型步驟為：圖5.1 fds軟件中數(shù)據(jù)文件和程序的關(guān)系圖5.2 模擬參數(shù)設(shè)置5.2.1 區(qū)間隧道建筑結(jié)構(gòu)及fds建模地鐵區(qū)間隧道根據(jù)修建方法和形狀不同分為明挖矩形隧道和暗挖馬 蹄形隧道，根據(jù)線路的不同分為單線和雙線隧道，各隧道結(jié)構(gòu)如圖5.2、 5.3所示o鑒于fds軟件網(wǎng)格劃分的限制，選擇直線段單線矩形隧道對區(qū)間隧道進(jìn)行建模， 隧道長度選取200m,寬5.4m,高6m。網(wǎng)格大小為0.2mx 0.2mx 0.2m,總網(wǎng)格數(shù)810000 個。隧道火災(zāi)計算模型如圖5.4所示。(b)雙線隧道圖52明挖矩形隧道(a)單線隧道(b)雙線隧道圖53暗挖馬

44、蹄形隧道圖54 地鐵隧道建模圖5.2.2 火源功率的選取地鐵內(nèi)的可燃物可分為列車車廂火災(zāi)、乘客行李火災(zāi)、站內(nèi)報亭或 垃圾箱火災(zāi)、以及恐怖分子人為放火等。根據(jù)燃燒物質(zhì)的不同，其火災(zāi) 荷載即熱釋放速率是不同的。有關(guān)地鐵列車火災(zāi)的熱釋放速率僅有很少 的公開數(shù)據(jù)，主要原因是開展列車火災(zāi)的全尺寸實驗非常困難。地鐵列 車一般根據(jù)列車可燃物能釋放的總熱量和估算的火災(zāi)持續(xù)時間來計算其 平均熱釋放速率。國外多數(shù)研究大都采用550mw,且重點(diǎn)研究10mw 的火災(zāi)情況。美國的miclea和mckinney 英國的rhodes 加拿大的 slusarczyk, sinclair和bliemel等學(xué)者均對一系列不同結(jié)構(gòu)

45、的地鐵系統(tǒng)在 10mw下的火災(zāi)工況進(jìn)行了相應(yīng)的研究。但隨著地鐵列車制造工藝不斷 提高，新型列車車廂可燃材料的使用已大幅降低，如香港新機(jī)場線的列 車燃燒熱放速率已降低至5mwo對于國內(nèi)新投入運(yùn)行的地鐵車輛，由于 其結(jié)構(gòu)都是不燃或阻燃材料組成，車輛著火吋熱釋放速率可以取7.5mw 左右。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實驗室的鐘委、霍然等根據(jù) 座椅燃燒放熱數(shù)據(jù)及車廂內(nèi)座椅引燃規(guī)律，對于老式車輛發(fā)生火災(zāi)時的 熱釋放速率進(jìn)行了估算，認(rèn)為其最大熱釋放速率僅能達(dá)到6mwo因此，對于列車車廂火災(zāi)，木文選取7.5mw和10mw作為一節(jié)車廂火災(zāi)的最大 熱釋放速率。木課題主要研究地鐵火災(zāi)時的煙氣流動規(guī)律以及火災(zāi)時

46、車站內(nèi)的各 種參數(shù)變化和防排煙條件下的氣流組織情況，在不同火源位置設(shè)置面火 源，火源大小為2mx2m利用fds軟件所帶的可燃物數(shù)據(jù)庫，選擇其中的 聚氨酯(polyurethane)作為可燃物，表5.1列出了聚氨酯的熱物性 及其特性參數(shù)。表51 燃料參數(shù)表參數(shù)符號參數(shù)含義單位聚氨酯mw.fuel燃料的摩爾質(zhì)量g/mol130.3nu_o2氧氣的理想化學(xué)當(dāng)量分?jǐn)?shù)7.025nu_co2二氧化碳的理想化學(xué)當(dāng)量分?jǐn)?shù)6.3nu_h2o水蒸汽的理想化學(xué)當(dāng)暈分?jǐn)?shù)3.55co_yield燃料轉(zhuǎn)化為一氧化碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.075soot yield燃料轉(zhuǎn)化為煙粒子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.205.2.3 臨界風(fēng)速的確定地鐵設(shè)計

47、規(guī)范(gb50157-2003)規(guī)定當(dāng)區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)時，應(yīng) 能背著乘客疏散方向排煙，迎著乘客疏散方向送新風(fēng)。因此當(dāng)列車在區(qū) 間隧道運(yùn)行過程中發(fā)生火災(zāi)且列車不能運(yùn)行到前方車站而停在隧道內(nèi) 時，列車司機(jī)將根據(jù)列車所停位置組織乘客疏散，同時通過通信系統(tǒng)向 控制屮心和車站報告列車災(zāi)情和多數(shù)乘客的疏散方向，控制中心根據(jù)情 況確定相應(yīng)的隧道通風(fēng)系統(tǒng)火災(zāi)運(yùn)行模式。隧道通風(fēng)系統(tǒng)火災(zāi)運(yùn)行模式 和乘客疏散如圖5.5所示。諼林式一:列卞中部立火u停在近方車站必即-:呼呼賈牌程辱基札試二:殲車頭黑火i < 內(nèi)的-切悄況均不清如檢蜩車tft釣方逸風(fēng)g方車站解方車mi1f(為牟hi吻龍莎羽初羽莎莎切宓嫁殄羽羽羽力

48、!旨方車站么三滋憑滋滋幻茲么嬴宓仏茲廈叼忑至】圖5.5 隧道通風(fēng)系統(tǒng)火災(zāi)運(yùn)行模式和乘客疏散方向根據(jù)隧道通風(fēng)系統(tǒng)火災(zāi)運(yùn)行模式和乘客疏散方向，選擇縱向通風(fēng)模式 作為研究對象。那么要有效地控制煙氣的蔓延，保證人員順利疏散，就需 要合理的選擇臨界風(fēng)速。木文根據(jù)公式(1)和圖4.8確定臨界風(fēng)速，同時 出于安全考慮分別以前兩者中的大值的130%和150%作為安全系數(shù)對 7.5mw和10mw的火災(zāi)確定臨界風(fēng)速，如表5.2所示。表5.2 不同火源功率對應(yīng)的臨界風(fēng)速火源功率(mw)臨界風(fēng)速(m/s)公式計算查圖所得安全系數(shù)13安全系數(shù)1.5751.5212.83.2101.6233.03.55.3 隧道火災(zāi)fd

49、s模擬與結(jié)果分析5.3.1 地鐵隧道火災(zāi)蔓延過程(1) 隧道火災(zāi)煙氣蔓延過程由于隧道內(nèi)部的空間狹長，發(fā)生火災(zāi)時，往往產(chǎn)生不完全燃燒，將產(chǎn) 生大量的煙氣。在沒有隧道通風(fēng)的條件下，火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣將迅速向兩端 蔓延，其煙氣的蔓延過程如圖5.6所示：0m100m30s180s圖5.6 無通風(fēng)條件下煙氣蔓延過程圖5.6分別給出了 30s、60s、120s和180s吋隧道內(nèi)無通風(fēng)條件下煙 氣蔓延過程。從圖中可以看出，30s吋煙氣在火源處產(chǎn)生后，由于溫度差 造成的密度差，從而產(chǎn)生了浮力作用，使得火羽流上升，當(dāng)上升至隧道頂 棚時，受到頂棚的限制，煙氣在隧道內(nèi)沿縱向水平向隧道兩端蔓延。煙氣 在隧道上部流動，煙氣

50、層與空氣層存在明顯的分界，口呈對稱性分布。60s 時煙氣縱向蔓延一段距離后，由于和周圍的冷空氣進(jìn)行摻混，同吋受到建 筑結(jié)構(gòu)壁面的冷卻煙氣開始下沉。在180s吋煙氣基本充滿了隧道的每個 角落，這充分說明在沒有防排煙設(shè)計的情況下火災(zāi)煙氣蔓延的速度非常快。（2）隧道內(nèi)溫度分布隧道發(fā)生火災(zāi)時，在無通風(fēng)的條件下，煙氣的蔓延過程呈對稱性分布。因此，木文在模擬的過程中，以火源點(diǎn)為中心，只取隧道的一半進(jìn)行分析。圖5.7 無通風(fēng)條件下溫度分布000722044"84 10339km17600.020.0圖5.7為不同時刻隧道內(nèi)的溫度分布圖。從圖屮可以看出溫度的分層 現(xiàn)象十分明顯，高溫?zé)煔庠谡麄€火災(zāi)過程

51、屮主要聚集在隧道上部空間。隨 著火災(zāi)過程的發(fā)展，以火源中心高溫區(qū)逐漸向四周擴(kuò)展，煙氣溫度逐漸下 降。30s時，火源上方的溫度在600 °c以上，隨著距離火源位置的增加， 由于冷空氣的摻混和壁面結(jié)構(gòu)的冷卻，煙氣溫度逐漸下降。在離開火源 50m時煙氣溫度降至100 °c以下。180s時，隨著煙氣的擴(kuò)散溫度逐漸下 降，在離開火源100m時煙氣溫度降至100 °c以下。750700 -650 -600 -550 -500 -450 - f 400 - 團(tuán) 350 7 龜 300 -250 -200 -150-100 -50 -0- 0隧道長度（m）圖5.84米高度處不同時

52、刻溫度變化圖5.8給出了在位于隧道內(nèi)4m高度處，距離火源中心不同距離不同 時刻隧道內(nèi)溫度變化曲線。從圖屮可以看出，隨著距離火源位置的增加， 隧道內(nèi)的溫度逐漸降低，30s時由于火源熱釋放速率較低，因此隧道內(nèi)的 溫度較低，除火源上方外都在100 °c以下，隨著火勢的發(fā)展隧道內(nèi)溫度 逐漸上升。當(dāng) 匸180s時，在距離火源中心5m處的溫度為725 °c,之后開始下 降，在80m處降至215 °c,在75m處溫度又上升至260 °c后又開始下降, 在70m處又下降至200 °c后又開始上升，在65m處溫度又上升至275 °c, 之后開始持續(xù)下降

53、，在90m處溫度下降到最低140 °c。0.00.61.21.82.43.03.64.24.85.46.0高度(m)圖59 距離火源中心20米處不同高度溫度變化圖5.9給岀了在距離火源中心20m處，不同時刻隧道中心截而，不同 高度的溫度變化曲線。從圖中可以看出，隨著火勢的發(fā)展，煙氣層逐漸下 降。由于在煙氣和冷空氣交匯的地方溫度會發(fā)生突然的升高，因此可以判 定，距火源20m處，30s和60s時煙氣層大概在3.3m。120s時煙氣層大概 在2.4mo 1 80s時煙氣層大概在2m。當(dāng)匸180s時，在距離隧道底部6m處的溫度為650 °c ,之后開始上 升，在5.6m處上升到71

54、5 °c,之后持續(xù)下降，在距離隧道底部0.3m處 的溫度為35 °c o(3) 隧道內(nèi)co濃度的分布co的擴(kuò)散過程與煙氣的擴(kuò)散過程是一致的，co跟隨著煙氣以火源為 中心向四周擴(kuò)散，高co濃度的煙氣主要聚集在2m高度以上空間。這主 要是co伴隨著煙氣向四周擴(kuò)散，最后在建筑物的維護(hù)結(jié)構(gòu)壁面處隨著煙 氣沿壁而下降，并形成回流跟隨著由隧道口補(bǔ)入的冷空氣向站臺中部擴(kuò) 散。因此，本文在模擬的過程中，只取隧道的一半進(jìn)行分析。圖5.10為無通風(fēng)條件下隧道內(nèi)co濃度隨時間的變化分布情況。x_co ppcn 300027002400180s21u01o00 1500 1200 ana600 y

55、ou0.00圖5.10 無通風(fēng)條件下co濃度分布從圖中可以看岀，隧道內(nèi)co濃度主要聚集在上部空間，具有明顯的 分層現(xiàn)象。隨著火災(zāi)過程的發(fā)展，以火源為中心逐漸向四周擴(kuò)散。30s時， 在距離火源50m處co濃度在300ppm以下。60s時，在距離火源50m處 的co濃度達(dá)到1600ppm左右，這時在隧道的兩側(cè)也已經(jīng)開始有高co濃 度區(qū)出現(xiàn)，這說明此時煙氣在水平方向上已經(jīng)蔓延到隧道的整個空間。 180s時，在兩端聚集的co越來越多，并逐步回流擴(kuò)散，在隧道內(nèi)的co 濃度達(dá)到2500ppm以上的區(qū)域己近一半，嚴(yán)重威脅到被困人員的疏散。圖5.11 距離火源20米處不同高度的co濃度變化圖5.11給出了距離火源中心20m處，不同時刻隧道中心截面，不同 高度的co濃度變化曲線。從圖中可以看出，隨著火勢的發(fā)展，co分布 逐漸下降。當(dāng)t=30s時，co濃度在6.0m處為1450ppm。t=60s時，在6.0m 處為 3000ppmo t=120s 時，在 6.0m 處為 3250ppm。匸180s時，在0.3m處co濃度為oppm,之后開始持續(xù)增長，在3.7m處上升到250ppm后開始急劇上升,四、隧道內(nèi)可視距離的變化在6.0m處上升到最高3500ppm。高度（e圖512 距離火源20米處變化圖513距離火源40米處變化圖5.12、圖5.13為隧道火災(zāi)在無通風(fēng)條件下，距離火源中心