竖井送风排烟对铁路隧道救援站火灾烟气流动影响控制的研究

摘要

铁路是我国重要的基础设施，其中运营的铁路隧道共有1.6万座，长度达到1.8万km。竖井是铁路隧道重要的通风设施，特别是在遇到特殊情况如火灾时，竖井的通风排烟对火灾烟气控制有着重要作用。本论文建立了缩尺比为1∶50的带竖井铁路隧道模型试验平台，探究了隧道及竖井内活塞风变化规律。同时采用流体动力学软件，分析了着火列车驶入带竖井铁路隧道并停在救援站这一过程中隧道救援站风流场、温度场和烟气场的变化趋势，并讨论了列车车速对其影响。此外，针对着火列车停在救援站后救援站的控烟方案进行分析，得到了以下结论：　　(1)通过开展运动列车驶入隧道模型试验，探究竖井和隧道断面风速变化规律。研究表明，列车行驶位置与竖井和隧道断面风速变化关系密切，当列车未经过1号竖井时，两个竖井风流均流出竖井；当列车经过1号竖井后，1号竖井后方隧道断面风速开始下降，1号竖井内风流转变为流入竖井；当列车经过2号竖井后，2号竖井后方隧道断面风速开始下降，2号竖井风速也开始下降，但风流方向未改变。　　(2)通过对比分析模型试验与数值模拟结果，探讨两者的关系。研究表明，隧道及竖井内活塞风变化趋势基本吻合，均与列车行驶位置有关，两者断面风速值最大相差25%，平均相差百分比为9.8%。　　(3)运用流体动力学软件的动网格技术，模拟了着火列车驶入救援站过程中火灾场景，分析了带竖井救援站风流场变化规律。研究表明，在列车停车前，行车隧道风流方向和横通道风流方向与列车运动位置密切相关；列车停车后，随着停车时间的增长，行车隧道风流均逐渐转为流向竖井，竖井后方横通道风流流向行车隧道，竖井前方横通道风流流向平行隧道。　　(4)运用流体动力学软件的动网格技术，模拟了着火列车驶入救援站过程中火灾场景，分析了带竖井救援站烟气场和温度场变化规律。研究表明，火源前方行车隧道上超标浓度co和高温温度场蔓延范围先扩大后缩小，火源后方超过50℃温度场范围逐渐增大；平行隧道上竖井后方超标浓度co逐渐朝着救援站入口方向蔓延；超标浓度co和高温横通道数量逐渐增多。　　(5)竖井和平行隧道两端风机开启后，竖井前方行车隧道风流转为流向隧道入口，平行隧道风流方向转为流向隧道出口，大部分横通道风流流向行车隧道；随着4号竖井送风量的减少和平行隧道两端送风量的提高，只有竖井前方平行隧道风流方向发生转变。　　(6)竖井和平行隧道两端风机开启后，竖井后方隧道和横通道区域烟气场和温度场有较大改善，不过通风前期人员逃生条件仍不理想；随着4号竖井送风量的减少和平行隧道两端送风量的提高，通风180s时，当3号竖井排风量为237m3/s，4号竖井送风量为187m3/s，平行隧道两端送风总量为163m3/s时救援站烟气场和温度场控制效果最好，所有疏散横通道以及平行隧道均满足人员逃生要求。　　(7)根据竖井送排风后救援站烟气流动特性，针对缩短人员逃生的等待时间，建议可以提前开启风机，或适当加大3号竖井排风风量以及将列车火源停靠于竖井联络烟道口三条改进措施，为实际带竖井长大铁路隧道救援站控烟方案提供参考。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 工程背景

1.4 研究内容及技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

第2章 列车行驶下带竖井隧道模型试验

2.1 模型试验平台

2.1.1 模型比尺的确定

2.1.2 隧道模型结构

2.1.3 试验仪器

2.1.4 测点布置

2.2 列车行驶下带竖井隧道断面风速分析

2.3 三维数值模拟计算理论

2.3.1 控制方程

2.3.2 湍流模型

2.3.3 动网格技术

2.4 数值模拟计算

2.4.1 模型建立与网格划分

2.4.2 边界条件设置

2.4.3 数值模拟结果分析

2.4.4 模型试验与数值模拟结果对比

2.5 本章小结

第3章 着火列车驶入带竖井救援站烟气自由蔓延研究

3.1 三维数值模拟

3.1.1 软件介绍

3.1.2 模型建立与网格划分

3.1.3 燃烧模型

3.1.4 竖井自然通风

3.1.5 数值模拟工况

3.2 活塞风和竖井自然通风作用下救援站风流场研究

3.2.1 着火列车驶入隧道后带竖井救援站风流场分析

3.2.2 列车车速对带竖井救援站风流场影响

3.3 救援站烟气蔓延和温度场分析

3.3.1 着火列车驶入带竖井隧道后救援站烟气场和温度场分析

3.3.2 列车车速对带竖井救援站烟气自由蔓延影响

3.4 本章小结

第4章 带竖井隧道救援站火灾烟气控制研究

4.1 竖井送风排烟方案

4.1.1 竖井送风量的确定

4.1.2 送排风组合通风方式

4.2.1 竖井送风排烟下救援站风流场分析

4.2.2 竖井送风排烟下救援站烟流场和温度场分析

4.3 不同工况对比

4.3.1 不同工况下救援站风流场分析

4.3.2 不同工况下救援站烟气场和温度场对比

4.3.3 控烟策略建议

4.4 本章小结

结 论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与科研项目