地铁区间隧道火灾烟气流动分析与人员疏散仿真研究

摘要

地铁区间隧道火灾是一种包含了燃烧、紊流流动和热传递过程的灾害性现象。火灾中烟气是威胁人员生命安全的最大因素。根据以往的案例统计表明,在地铁区间隧道火灾所造成的人员伤亡中,85％以上是因为吸入有毒烟气引起窒息而死亡。因此,研究地铁区间隧道火灾发生时烟气的蔓延规律、控制方案以及人员的安全疏散方式对于地铁消防系统设计以及安全运营管理具有十分重要的现实意义。论文在综合分析国内外对于地铁区间隧道火灾及人员安全疏散研究的基础上,采用数值模拟软件FDS研究了自然通风条件下不同坡度区间隧道内烟气的流动特点、坡度对临界风速的影响以及半横向式排烟方式下隧道内的烟气蔓延特性和温度分布规律,比较了不同排烟方式的优缺点。结果表明:坡度对地铁区间隧道火灾烟气的流动及临界风速有一定的影响,且在上坡隧道和下坡隧道中的影响各不相同;半横向式排烟方式优于自然排烟及纵向式排烟方式。通过对重庆市轨道交通乘客进行问卷调查,得出了乘客的一般特性参数和对火灾的行为反应规律。采用列联表分析了人员特性与人员行为之间的关系。结果表明:性别对列车上的安全装置熟悉情况和是否注意到列车上放置有灭火器有显著影响;年龄对人员在疏散过程中遇到拥挤时的反应有一定的影响;受教育程度对发生火灾后的第一行为反应有较大的影响;火灾逃生训练或火灾安全知识教育经历对于列车上的安全装置熟悉情况和是否注意到列车上放置有灭火器有显著影响,对发生火灾后的第一行为反应有一定的影响。对区域网格疏散仿真程序进行了改进,在使用界面上增加了“撤销”和“恢复”两个按钮,提高了参数输入效率。改进了仿真程序中的疏散速度模型,突出了疏散过程中的“瓶颈”效应。采用改进后的仿真程序进行了地铁区间隧道火灾人员疏散仿真,对比了三种疏散方式的优缺点。结果表明:在采用半横向式排烟方式的地铁区间隧道中,利用侧向疏散平台和联络通道相结合的疏散方式时,沿疏散平台进行双向疏散可缩短疏散时间,提高疏散效率。

目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 地铁区间隧道火灾国内外研究现状

1.2.2 地铁区间隧道人员安全疏散国内外研究现状

1.3 本文的研究目的及意义

1.4 本文的主要研究内容

1.5 技术路线及创新点

1.5.1 技术路线

1.5.2 主要创新点

1.6 论文的组织结构

2 地铁区间隧道火灾数值模拟基本理论

2.1 大涡模拟(LES)

2.2 数值模拟软件介绍

2.3 数学模型的建立

2.3.1 流体动力学控制方程

2.3.2 紊流流动模型

2.3.3 燃烧模型

2.3.4 辐射传热模型

2.4 小结

3 地铁区间隧道火灾数值模拟研究

3.1 地铁区间隧道火灾烟气控制概述

3.1.1 地铁区间隧道火灾发生的原因

3.1.2 地铁区间隧道火灾排烟方式

3.2 物理模型及计算条件

3.2.1 物理模型

3.2.2 初始条件及边界条件的设定

3.2.3 火源设置

3.2.4 网格划分

3.3 坡度对地铁区间隧道火灾烟气蔓延的影响

3.3.1 自然通风工况

3.3.2 坡度对临界风速的影响

3.4 半横向式排烟方式模拟分析

3.4.1 纵向式排烟方式存在的问题

3.4.2 半横向式排烟方式物理模型设置

3.4.3 模拟计算工况

3.4.4 模拟结果分析

3.4.5 不同排烟方式对比分析

3.5 小结

4 轨道交通人员疏散行为调查分析

4.1 引言

4.2 调查问卷设计

4.3 调查数据统计分析

4.4 列联表分析

4.4.1 列联表分析原理

4.4.2 列联表结果分析

4.5 小结

5 地铁区间隧道火灾人员安全疏散仿真分析

5.1 地铁区间隧道火灾人员安全疏散判定依据

5.1.1 安全疏散标准

5.1.2 区间隧道内火灾危险状态的确定

5.2 人员疏散仿真程序简介及其改进

5.2.1 疏散仿真程序简介

5.2.2 疏散仿真程序的改进

5.3 地铁区间隧道火灾人员安全疏散仿真

5.3.1 区间隧道内人员安全疏散方式简介

5.3.2 疏散场景及方案设置

5.3.3 方案一仿真结果及分析

5.3.4 方案二仿真结果及分析

5.3.5 方案三仿真结果及分析

5.4 小结

6 结论及展望

6.1 本文主要结论

6.2 后续工作及展望

致谢

参考文献

附录