地铁火灾中车站区烟气扩散及人员疏散的模拟研究

摘要

地铁作为现代城市重要的交通工具，在人们的生活中发挥着越来越重要的作用。但是，由于地铁属地下建筑，建筑结构特殊，而且客流量大、人员集中，并且车站与外界的联系主要为出入口，发生火灾时，人员的疏散方向和烟气的扩散方向都是从下往上，出入口同时也是喷烟口。因此，与地面建筑相比具有更大的危险性。所以，研究地铁火灾及人员安全疏散意义非常重大。 本文以北京2号线现有典型岛式地铁车站积水潭为对象研究火灾烟气扩散及人员疏散。用场模型RANS技术模拟该车站站台中部发生火灾的情况下在五种通风排烟模式下烟气扩散情况，通过分析比较得出在火源热释放功率为5MW的情况下，只利用车站本身的排烟设施为最佳的排烟方案。当火源热释放功率增大到10MW时，车站和区间同时排烟为最佳的防排烟方案。并且当站厅发生火灾时，热释放功率为5MW时，车站及相邻的两区间同时排烟为最佳的排烟方案。 本文用场模型LES技术对积水潭车站站台中部发生5MW的火灾，燃料采用煤油，在自然排烟的情况下，烟气在车站上空发生明显的烟气分层现象，烟气自然扩散速度约为1.1m/s。在车站与区间同时排烟的情况下，站台烟气不发生分层现象，模拟还得知FDS和PHOENICS对烟气的扩散情况模拟结果基本相同。 国内外重大地铁火灾事故造成的人员伤亡，许多与灾难时人员疏散困难有很大关系，研究火灾场景下可用安全疏散时间非常必要。本文采用CFAST区域模拟软件对积水漂车站站台中部发生火源热释放率近似随时间平方成正比的火灾，在自然排烟的模式下，得出有效疏散时间ASET，与RSET对比，得出在此火灾情况下不能达到安全疏散的目的，必须利用机械排烟措施。 为了验证数值模拟的准确性，本文通过尺寸1：8的地铁车站模型实验台对地铁车站火灾进行研究。把实验结果与数值模拟结果进行对比，用来验证数值模拟的可靠性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究背景

1.1.1世界及我国地铁交通发展状况

1.1.2世界及我国地铁发生典型地铁火灾事故

1.1.3发生地铁火灾的原因

1.1.4地铁火灾的特点

1.2国内外地铁火灾研究进展

1.2.1国外研究进展

1.2.2国内研究进展

1.3本文的研究内容

1.4主要采用的研究方法

第2章用RANS技术对地铁车站火灾进行模拟分析

2.1火灾中烟气的危害

2.1.1热辐射

2.1.2烟气温度

2.1.3 CO浓度

2.1.4烟气中毒

2.1.5烟气的遮光性

2.2国内外地铁防火设计规范对车站排烟系统的要求

2.3 RANS控制方程及PHOENICS简介

2.3.1 RANS控制方程

2.3.2 PHOENICS简介

2.4用RANS技术对地铁车站火灾进行模拟分析

2.4.1车站物理结构

2.4.2车站的通风排烟系统

2.4.3模拟工况的设定

2.4.4模拟边界条件的设定

2.4.5火源功率的设定

2.4.6数值计算方法

2.4.7五种火灾通风排烟模式模拟分析

2.4.8不同火源热释放功率对最佳排烟方案的影响

2.4.9不同火源位置对最佳排烟方案的影响

2.4.10关于积水潭车站火灾最佳排烟风案的结论

2.5本章小结

第3章用LES技术对地铁车站火灾进行模拟分析

3.1 LES控制方程及FDS软件简介

3.1.1 LES控制方程

3.1.2 FDS软件简介

3.2用FDS对车站火灾自然排烟及机械排烟模式进行模拟分析

3.2.1 FDS的应用流程图

3.2.2建模特点

3.2.3网格划分

3.2.4火源的设定

3.2.5边界条件的设定

3.2.6自然排烟模式模拟分析

3.2.7机械排烟模式模拟分析

3.3本章小结

第4章用区域模型对地铁车站火灾安全疏散进行研究

4.1安全疏散的概念及判断准则

4.1.1安全疏散的概念

4.1.2安全疏散的判断准则

4.2 CFAST介绍及理论基础

4.3区域模型对有效安全疏散时间的模拟分析

4.3.1区域模型模拟确定ASET

4.3.2计算确定出RSET

4.4本章小结

第5章地铁车站火灾模型实验对比研究

5.1模型实验台的结构

5.2数据采集系统

5.2.1速度及流量测量系统

5.2.2温度测量系统

5.3模型实验速度值与模拟值相比较

5.4模型实验温度值与模拟值相比较

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢