中庭式地铁车站火灾烟气流动与控制研究

摘要

地铁车站内部建筑设计不再是简单的层数叠加,而是将地上建筑的设计手法应用于地下建筑。中庭式地铁车站,就是成功应用的实践之一。然而,在提升了空间价值的同时,伴随的是其系统功能设计的严峻考验。地下车站相对来说比较密闭,连通地面的出入口少,人员集中,一旦发生火灾,车站内部会聚集大量的高温烟气,中庭空间使车站内部功能系统变得复杂,因此,针对中庭式地铁车站防排烟系统是研究的主要问题。
　　本课题根据相似原理以某中庭地铁车站为原型建立1:15中庭式地车站的缩尺模型试验台,建立防烟措施挡烟垂壁,划分防烟分区,通过无通风系统和机械排烟两种模式进行站厅防烟分区1、中庭防烟分区、站台防烟分区1和站台防烟分区2等火灾场景试验。原型站厅火源热释放速率为2.5MW,站台火和中庭火源热释放速率为7.5 MW,对应模型的火源热释放速率分别为2.9kW和8.6kW。首先通过无通风系统的情况下观察火灾烟气蔓延的最大范围以及中庭烟气填充的规律,然后通过不同工况的机械排烟观察在多大排烟量下可以有效控制烟气蔓延,最终得出以下结论:
　　(1)当火源在站厅防烟分区一时,在机械排烟条件下,工况2即模型换气次数为133.3次/h,对应原型换气次数为34.3次/h时,烟气可有效的控制在站厅防烟分区一,只有少量的烟气会越过挡烟垂壁蔓延至站厅防烟分区二,对人员逃生比较有利。
　　(2)当火源在中庭防烟分区时,在机械排烟条件下,工况2即模型换气次数为88.4次/h,对应原型换气次数为22.7次/h时,由于天桥将中庭顶部分成两个区,烟气停留在靠近站厅防烟分区四的一侧,并且一部分烟气越过挡烟垂壁蔓延至站厅防烟分区四,通过实验和模拟可知,此工况可以满足人员逃生的需求。
　　(3)当火源在站台防烟分区一时,在机械排烟条件下,工况2即模型换气次数为150.2次/h,对应原型换气次数为38.8次/h时,烟气可有效的控制在站台防烟分区一,只有少量的烟气会蔓延至中庭,对中庭区人员的逃生几乎无影响。
　　(4)当火源在站台防烟分区二时,在工况1即模型换气次数为318.8次/h,对应原型换气次数为81.3次/h时,烟气才能得到有效控制,但是仍然有少量的烟气会蔓延至中庭,但对人员的逃生影响不大。
　　在不同火灾场景中针对上述结论有效机械排烟情况利用软件FDS进行数值模拟,主要模拟不同火灾场景下有效工况时中庭车站内部温度场、速度场和浓度场,观察烟气的流动与试验现象进行对比,为中庭式地铁车站的防排烟设计、消防和人员逃生等提供一定的理论依据。

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第一章 绪论

1.1地铁火灾研究背景

1.2 地铁火灾国内外研究现状

1.3课题主要研究内容及意义

第二章 中庭式地铁车站防排烟理论基础

2.1地铁车站介绍

2.2车站内火灾烟气理论基础

2.3地铁火灾中人员生命安全的判断标准

2.4中庭式地铁车站火灾烟气流动规律

2.5中庭式地铁车站火灾烟气控制

2.6本章小结

第三章 中庭式地铁车站相似模型试验设计

3.1 相似物理模型建立

3.2中庭式地铁车站1:15模型建立

3.3火源功率

3.4实验仪器

3.5测点布置

3.6本章小结

第四章 试验结果分析

4.1试验安排

4.3中庭防烟分区试验结果分析

4.4站台防烟分区一试验结果分析

4.5站台防烟分区二试验结果分析

4.6本章小结

第五章 数值模拟

5.1 模拟软件简介

5.2模型中各防烟分区有效机械排烟时烟气流动情况模拟

5.3本章小结

第六章 结论与展望

6.1研究结论

6.2展望

参考文献

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