地铁火灾时岛式车站烟气控制的数值模拟与实验研究

摘要

随着城市地铁的大规模建设，地铁火灾成为研究人员越来越关心的课题。地铁不同于地上建筑，也有别于一般的地下建筑。地铁一旦发生火灾，会造成巨大的人员伤亡和财产损失。本文对地铁车站发生火灾时烟气的扩散与温度场的分布特性及通风排烟效果进行了预测和分析。研究有助于危急时刻人员逃生和火情控制，对于进行北京地铁防火改造设计及制定火灾应急预案有一定的参考价值。 本论文首先对国内外地铁火灾案例及特性进行了分析，以及对火灾烟气流动扩散的数值模拟软件，尤其是本论文所采用的PHOENICS及其特点进行了归纳介绍。然后，通过针对北京一、环线典型地铁车站及区间的CFD模拟及实验验证，提出了定义数值模拟边界条件的“连体模型”。在此基础上，地铁火灾发生时各种工况下的温度场和气流场进行了CFD仿真模拟。得出了夏季的计算结果来设计和分析烟气控制方案是偏安全的。分析了火灾发生的位置及火源功率大小对地铁车站温度场和烟气分布的影响。还对西站厅火灾时烟气的扩散情况进行了CFD仿真模拟。并且研究了站台是否设置挡烟垂壁和安全门对火灾时温度场和烟气扩散的影响。 利用模型实验与CFD模拟的结果分析比较，对CFD方法研究火灾的可靠性和适用性进行了进一步的验证。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.1.1国内外地铁概况

1.1.2国内外主要地铁火灾案例分析

1.1.3地铁火灾的特点

1.2国内外研究现状

1.2.1国外的研究现状

1.2.1国内的研究现状

1.3课题的研究意义

1.4课题的主要研究方法和研究内容

第二章研究方法及理论简介

2.1火灾数值模拟方法简介

2.1.1网络模型

2.1.2场模型(Field Model)及模拟软件简介

2.1.3区域模型(Zone Model)及模拟软件简介

2.2 CFD模拟软件PHOENICS

2.2.1基础理论介绍

2.2.2 PHOENICS数值模拟软件介绍

2.3控制方程的离散方法

第三章数值模拟计算初边界条件的研究

3.1地铁车站现场测试和CFD模拟结果比较分析

3.1.1现场测试

3.1.2车站现场冷烟的数值模拟

3.1.3数值模拟结果与实测结果比较分析

3.2获得边界条件的创新性方法—“连体模型”

3.2.1“连体模型”思想的提出

3.2.2“连体模型”的介绍

3.2.3数值模拟结果及与实验结果的比较

3.2.4“连体模型”数值模拟结果分析

3.3冬夏季车站火灾数值模拟结果对比分析

3.4本章小结

第四章地铁车站火灾的数值模拟

4.1地铁车站火灾两种排烟方案的比较与优化

4.1.1车站物理模型

4.1.2模型参数的设置

4.1.3安全标准和规范

4.1.4两种车站防排烟通风方案的数值模拟

4.2排排排方案下不同情况的火灾数值模拟

4.2.1火源位置对烟气流动规律的影响

4.2.2火源功率大小对温度场的影响

4.2.3西站厅火灾烟气扩散过程分析

4.3地铁车站火灾中挡烟垂壁对烟气流动规律的影响

4.3.1加设挡烟垂壁的物理模型

4.3.2加设挡烟垂壁的数值模拟与结果分析

4.4地铁车站火灾中安全门对烟气流动规律的影响

4.5本章小结

第五章地铁火灾的实验研究

5.1模型实验台

5.1.1实验台模型比例的确定

5.1.2实验台模型设计

5.1.3火源的设定

5.1.4观察记录和测量装置

5.1.5火灾模型实验结果分析

5.2实验台的数值模拟与结果分析

5.2.1数值模拟模型的介绍

5.2.2比例模型实验测试结果与数值模拟结果比较分析

5.3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