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地铁车站关键结合部位火灾烟气流动特性与控制模式优化研究

孟娜  
【摘要】:随着城市的不断发展,地铁应运而生。地铁的出现极大的解决了城市的交通拥堵问题,然而自地铁出现以来,地铁火灾便不可避免。研究表明地铁发生火灾时,火灾烟气是威胁人员安全的主要原因。地铁火灾可发生在站厅层、站台层和行驶中的列车上。站厅层发生火灾时,由于站厅层直接与地面相连,因此,人员疏散和火灾救援相比站台层火灾和列车火灾相对容易一些。站台层发生火灾时,站台层的人员往往通过站厅与站台之间连通的楼梯或自动扶梯疏散至站厅层,因此,站台火灾时站台与站厅关键结合部位的烟气流动与控制研究非常重要。行驶中的地铁列车发生火灾时,由于在隧道内不利于火灾扑救和人员疏散,因此应尽量行驶至前方车站停靠站台进行火灾扑救和人员疏散。着火列车停靠车站时,列车车门和站台屏蔽门均处于打开状态,隧道轨行区和站台区处于连通状态,火灾烟气会由隧道轨行区向站台区蔓延,因此,研究此火灾场景下烟气在隧道和站台关键结合部位的流动特性具有重要意义。对于地铁列车火灾的扑救,越来越多的研究者想把细水雾系统应用于地铁火灾扑救中,细水雾在火灾扑救中将受隧道纵向风的影响,因此,细水雾和纵向风都会对烟气流动产生影响。现阶段地铁车站往往设有多套烟气控制系统,那么列车火灾停靠车站时,车站多套烟气控制系统的协同优化工作模式也需要进一步深入研究。 本文针对地铁车站火灾时车站关键结合部位烟气流动特性与控制模式优化采用实验研究、理论分析和数值模拟的方法开展研究。建立了1:10模拟尺度的地铁车站烟气控制实验台和全尺寸列车火灾模拟实验台,通过对火灾时烟气流动的特征参数温度、有毒气体浓度等参数的测量,揭示了地铁站火灾时烟气在关键结合部位的流动特性,并提出了优化的烟气控制模式。具体工作包括: 研究了站台火灾时,站台到站厅关键结合部位挡烟垂壁的设置对站台顶棚烟气温度分布的影响。通过理论分析,建立了站台火灾时顶棚温度衰减指数与火源功率和挡烟垂壁高度之间的耦合关系模型,并通过开展小尺寸实验对该模型进行了验证。 研究了列车火灾停靠车站时,火灾烟气在隧道和站台关键结合部位的流动特性。通过在小尺寸实验台开展实验,揭示了车站烟气控制系统失效情况下,隧道区烟气温度衰减规律,以及火源位置和火源功率对站台区温度分布的影响。 研究了列车火灾停靠车站时,在细水雾和纵向风耦合作用下,火灾烟气在隧道和站台关键结合部位的蔓延特性。通过在全尺寸实验台开展实验,揭示了火源位于不同位置时,细水雾和纵向风的耦合作用下,隧道区和站台区的能见度、温度场以及CO有毒气体浓度的分布特性。 研究了列车火灾停靠地铁车站时,车站多套烟气控制系统的协同优化工作模式。通过数值模拟的方法,对全封闭式屏蔽门和半高安全门两种设置形式的地铁车站多套烟气控制系统组合模式下的烟气控制效果进行对比分析,提出了优化的烟气控制模式。模拟还对车站关键结合部位辅助烟气控制设施的设置形式优化开展了研究。


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