地铁站火灾传播火焰的数值模拟

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基于FDS地铁火灾烟气蔓延数值模拟研究

基于FDS地铁火灾烟气蔓延数值模拟研究摘要：为了有效解决地铁隧道火灾时烟雾分布对人员疏散的影响问题，以西安地铁2 号线为研究对象，针对火灾列车停留在隧道中的火灾工况，重点研究不同规模火灾条件下隧道温度、烟雾蔓延范围、可见度等参数的分布情况及变化规律。

根据该隧道特定的内部几何构造，建立FDS 仿真模型。

利用该软件对隧道开展数值模拟研究，获得了隧道火灾发展及烟气蔓延的一般性规律。

关键词：地铁隧道；人员疏散；FDS 数值模拟；烟气蔓延0 引言鉴于地铁隧道火灾的危害性，国内外学者试图通过研究找出火灾发生的规律，制定一套隧道火灾的预防措施和救援方法。

本文利用计算流体动力学软件FDS(Fire Dynamics Simulator，火灾动态模拟)对西安地铁2 号线进行火灾仿真模拟，以Navier-Stokes 方程为基础，引入浮力修正的k-ε湍流模型、湍流燃烧模型和辐射换热模型，建立了适用于描述地铁隧道内烟气温度分布和气体流动的计算流体动力学模型，实现了对地铁隧道内火灾发生时温度场的数值模拟分析，获取了火灾参数。

1 公路隧道热释放速率依据瑞典国家测试研究所Ingason．H 的火灾热释放理论，现行采用的火灾热释放率数学模型主要有以下几种：(1)线性增长模型：增长阶段采用线性增长，稳定燃烧阶段保持恒定，下降阶段为线性下降。

(2)平方增长模型：增长阶段采用平方增长，稳定燃烧阶段保持恒定，下降阶段采用指数模型。

数学模型函数如表1 所示。

其中：tmax 为火灾达到最大热释放率的时间；td 为维持最大热释放率的时间；Qmax 为火灾最大热释放率；HRR 为火灾的热释放率。

(3)指数增长模型：Ingason．H 采用一个指数函数来描述火源热释放率的变化，燃料控制的火源热释放率模型依据Numajiri 和Furukawa 的建议，给出以下数学模型：式中：。

第五讲基于bim的地铁车站火灾模拟与疏散仿真

散行为进行了模拟。
结果分析
根据模拟结果，优化了地铁站的应急疏散预案，提高了应对火灾等突发事件的反应速度。
广州某地铁站火灾模拟与疏散仿真案例
案例概述
广州某地铁站因其复杂的结构特点和密集的客流量，成为了火灾模拟与疏散仿真的重点研究对象。
模拟过程
利用BIM技术构建地铁站的三维模型，结合火灾蔓延模型和人员疏散模型，对火灾发生后的热量、烟雾扩散以及人员疏散情况进行了模拟。
通过模拟结果，分析出最佳的疏散路径和救援方案，为实际火灾发生时提供决策支持。
上海某地铁站火灾模拟与疏散仿真案例
案例概述
上海某地铁站由于其高度发达的地下交通网络，其火灾模拟与疏散仿真的重要性不言而喻。
模拟过程
利用BIM技术对地铁站进行三维建模，结合火灾动力学模型和人员流动模型，对火灾发生后的烟雾扩散、能见度变化以及人员疏
实时监测与预警
结合物联网和传感器技术，实现对地铁车站火灾和疏散过程的实时监测和预警，提高应急响应能力。
多维度仿真
未来将开展多维度仿真研究，包括物理、化学、生物等多个维度，以更加全面地模拟火灾和疏散过程中的各种因素。
跨领域协作平台
未来将构建跨领域的协作平台，促进各领域之间的信息共享和协同工作，推动BIM技术在地铁车站火灾与疏散仿真中的应用和发展。
复杂环境模拟
地铁车站内部结构复杂，涉及多种专业领域，对环境模拟的精度和实时性要求较高，需要提高模拟算法的效率和准确性。
跨领域协作
BIM技术在地铁车站火灾与疏散仿真中的应用需要建筑、消防、交通等多个领域的协作，如何实现跨领域的信息共享和协同工作是一个挑战。
未来发展的趋势与展望
智能化模拟算法
随着人工智能技术的发展，未来将开发更加智能化、自适应的模拟算法，提高模拟的精度和效率。

地铁车站内列车火灾的三维数值模拟

ｇｔｅｔｎｒｌａｉｎＧｒｕｅｈｒｗｉｈＲｅｏｍａｉｔｏｐｋ— ｅｔｒｕｅｃｄｅ．Ｉｚｏｕｂｌｎｅｍｏ１ｎ
ｔｅｓｌｔｎｔｅｔｐｒｔｅｆｌｈｉａｉ，ｈｅｅａｕｉｄ，ａｒｖｌｃｔｄｓｋｅｍｕｏｍｒｅｉｅｏｉａｍｏｙｎｄｓｒｂｔｎｉｌｔｒｏａｈｓｒｔｇａｅｂｅｃｉｖｄ．Ｉｉｉｕｉｎｐａｆｍｆｅｃｔａｅｙｈｖｅｎａｈｅｅｔｏｏｔ
设计，但是其走行部、电机、高压电缆以及液压油等都潜伏有一定的着火危险。由于隧道内疏散乘客有很大的困难，规范要求列车发生火灾时尽可能运行
至最近的车站内停靠，就会给车站环控系统带来这很大的压力。因此，急情况下地铁车站内环控系紧统的通风模式尤其重要。随着计算机硬件的飞速发展和计算技术的不断成熟，算流体力学（＿ｍｐ— 计ＣｕｏｔｔｎｌｌｉＤｎｍｉ，为ＣＤ）一有力的工具ａｉａＦｕｄｙａｃ简ｏｓＦ这越来越多地应用于建筑火灾时室内环境的模拟和分析 … 。本文以一个典型的待建深埋岛式车站为例，采用商业ＣＤ软件，Ｆ使用重正化群（ｅｏｍａｚｔｎＲｎｒｌａｉｉｏＧｏｐ简为Ｒｒｕ，ＮＧ）ｋ—ｅ双方程紊流模型，对列车中部发生火灾时地铁车站内的温度场、流速度场气和烟气浓度的分布进行了计算，站台上的能见度对

双层岛式地铁车站火灾烟气蔓延数值模拟与分析

体模型，多是针对某个局部进行部分模拟。因此，
计算机模拟是地铁火灾研究的主要手段，方法该
收稿日期：０７１－０修回１：２０ — ４１．２０—０３；９期０８０－８基金项目：公安部部级科研项目“ 铁火灾烟气运动规律的ＣＦ模拟 ” ２０９６２１．地Ｄ（０４４１０）
地铁作为缓解城市交通紧张的有效工具，在
许多国家和城市得到广泛应用，国的一些大城我
京以及上海和北京的新修线路都是双层结构，即
地下一层为站厅层，下二层为站台层。此，地因本文采用美国国家标准技术研究中心（ＳＮＩＴ）开发
有极其重要的意义。
的火灾大涡场模拟软件Ｆ（ｉｙａｃＤＳｆｅｄｎｍｉｒｓ
ｓｌｔｒ，ｉａｏ）以我国南方某城市某双层岛式车站ｍｕ
为原型，其站台轨道区火灾进行数值摸拟，对车
市相继投入巨资建设地下铁道城市客运交通系统。地铁车站为人流密集的公众聚集场所，流密人度大，加上地铁站处于地下，旦发生火灾事再一故、恐怖事件人群疏散困难，亡损失往往非常严伤重。日本、国对火灾中造成人员伤亡的原因统据英计表明，有毒烟气熏死者一般占总死亡人数的被４～５，高达到６以上。ＯＯ最５而地铁火灾由于发生在地下，氧量不足，供燃烧多数为不充分燃烧，因此会产生大量烟气。如果不及时有效的将烟雾控制、除，对地铁内的乘客造成严重的威排将胁。因此研究地铁火灾，了解烟气在地铁内的蔓延过程，合理设计地铁的防排烟系统，对减少火灾损失、障人员生命安全、保保证地铁系统安全运营具

地铁火灾数值模拟研究综述_鲁嘉华

文章编号:1007-6735(2008)05-0501-06　收稿日期:2008-02-20　基金项目:上海市教育委员会科技发展基金资助项目(06NS025);上海教育委员会重点学科建设资助项目(J51401)　作者简介:鲁嘉华(1960-),教授.地铁火灾数值模拟研究综述鲁嘉华1,　张志英2(1.上海工程技术大学城市轨道交通学院,上海　201620;2.上海工程技术大学机械工程学院,上海　201620)摘要:由于运行、安全等因素的限制,以及技术手段的局限,地铁隧道与车站的火灾预测更多地借助数值模拟结果而制定.本文从火灾模拟新近发展、建模、边界条件、火灾荷载及应用软件等关键点综述最新火灾模拟技术的发展,汲取有益经验,为地铁火灾有效防控提供更为准确的技术手段.关键词:地铁;火灾;数值模拟;综述中图分类号:U 231+.96 文献标识码:ASumm ary of numerical simulation of f irein underground rail w ayLU J ia 2hua 1,　ZHANG Zhi 2ying2(1.College of U rban Railw ay Transportation ,S hanghai U niversity of Engineering Science ,S hanghai 201620,China;2.College of Mechanical Engineering ,S hanghai U niversity of Engineering Science ,S hanghai 201620,China )Abstract :Owing to the limitations in the aspeets of operation ,safety ,etc ,and the confinement of tech 2nical means ,measures for fire forecast and control are usually taken with the help of numerical simula 2tion.The article focuses on those factors as research advance ,model ,boundary conditions ,HRR (heat release rate )and applicable softwares ,which mainly influence the fire simulation ,aims to give a sum 2mary of the advance of numerical simulation of fire in underground railway in recent years ,and thus supplies some helpful experiences for the further research on fire forecast and control.K ey w ords :underground rail w ay ;f i re ;numerical si m ulation ;sum m ary 中国城市轨道交通正处在高速发展的阶段,若干年后,建成线路的运行里程将达到发达国家的水平.城市地铁作为便捷的交通工具已成为市民出行的首选,因此,地铁运行安全将是设计和运行管理最主要考虑的问题之一.诸多可能的灾难中,火灾又是危害最大的,1995年阿塞拜疆首都巴库的地铁火灾造成300多人丧生,2003年韩国大丘市地铁纵火事件导致198人死亡等灾难,进一步凸现地铁火灾研究的重要性和紧迫性.许多国家在地铁设计规范中制定了比较严格的与人员疏散匹配的通风与排烟规范,在设计中通过计算结合实验达到规范要求.比如2003版地铁规范强制条件中第19.1.39条规定,当站台发生火灾时,应保证站厅到站台的楼梯和扶梯口处具有不小于1.5m/s 的向下气流,在实际设计中,主要是用楼扶梯开口总和面积去除站台层的排烟量进行校核,由于设计计算未充分考虑不同尺寸的开口阻力特性以及烟气量估计值的误差,这一校核比较粗糙.随着城上海理工大学学报　第30卷　第5期J.University of Shanghai for Science and TechnologyVol.30　No.5　2008　市地铁网络化的逐步形成,多线并站换乘使地铁车站布局趋于复杂,通风和排烟的影响条件更加多样化,实验模拟车站火灾因成本高昂和影响运营而较难实施.基于这些原因,目前国内外普遍采用数值模拟进行地铁火灾模拟,它能模拟多种情景和边界条件的火灾,从而为确定排防烟方案和人员疏散路线提供依据,这种方法相对经济、有效.1　地铁火灾模拟的最新进展新近的地铁火灾数值模拟更加严格地围绕设计规范、近年地铁所采用的技术、复杂的布局与地理特征及活塞风作用等要素展开研究,针对性明显加强.模拟的任务是关注同一层面处(横向)和不同层面间(纵向)烟气气流的运动演变和气场分布变化,分析隧道、站台内烟气蔓延过程和流动特征;站台向上层设备层及站厅层、站台向疏散楼梯间内的烟气蔓延过程、站台层/设备层/站厅层联通开口处的流动特征,验证车站防排烟设施的合理性;屏蔽门启闭对火灾的影响等.由数值模拟,能评估地铁既有和拟用排烟系统在多种运行模式下的火灾烟气排控能力,实现站台排放烟方案的最优化.文献[1]数值模拟了地铁站台纵、横向不同站点的烟气温度、有毒气体浓度及可见度等特征参数信息,重点分析排烟系统是否足够保持楼扶梯开口处具有1.5m/s向下的风速、疏散楼梯间是否保持正压和无烟气进入,从而验证出口楼梯和疏散通道的宽度,确认远期高峰小时客流量时发生火灾的情况下, 6min内将一列车乘客和站台上候车的乘客及工作人员全部撤离站台.数值模拟隧道内火灾,可以观察平均风速是否大于2m/s的临界空气流速(《地铁设计规范》和美国《地铁环控设计手册》规定值中取大者),检验通风系统烟气是否能有效地控制烟气流动,保障乘客能沿隧道内某一方向撤离.文献[2]是可借鉴的实例.它针对成都南部地铁在国内首次采用地面开口自然通风模式,当区间隧道发生火灾时,以人员逃生路线最大高度处(距轨面2.9m)的安全温度上限为模拟计算的控制条件,模拟了通风竖井间距、隧道中隔墙,以及风口阻力系数对自然排烟通风效果、烟气分布浓度的影响,为区间隧道的结构选型提供了必要的依据.文献[3]以简化排烟系统、节约建设成本为目的,尝试了用空气幕作为地铁站楼梯口防烟手段的设想,模拟分析了一列地铁列车着火时,防烟空气幕对烟气扩散控制的效果.结果表明,在楼梯口设置防烟空气幕不仅可以保证人员在6min以上的安全疏散时间,而且所需的新鲜空气量比传统方法更少,有效阻止火灾的进一步扩大和控制烟气扩散.该数值模拟研究的重点是站台层,物理模型中将地铁站站厅层去掉了,文献并未祥述边界条件如何反映几何模型的变化,结论的准确性需进一步确认.针对深圳地铁深埋,风压损失较大的特点,文献[4]应用火灾动力学模型数值模拟了车站的排烟设计,探究了如何有效阻止烟气向上方站层蔓延、车站竖直井道如疏散楼梯间是否在火灾发生时容易形成烟囱效应,加大对烟气的抽吸等,以确认深埋点疏散楼梯间的微正压和无烟气的进入,使站台火灾不轻易进入站厅层.这一数值模拟对同类地铁车站具有借鉴作用.随着屏蔽门的大量启用,其安全性正引起人们的关注.文献[5]针对设有屏蔽门的地铁车站在中部火灾的最不利情形下,分别采用自然排烟、机械排烟和关闭轨底排烟系统模式,模拟了烟气扩散情况,给出了烟气的温度场和浓度场.模拟结果显示,若车站机械排烟系统没有开启,烟气很快便充满整个车站空间区域以及车站南北两端的出入口,使人员无法安全逃生;车站设置屏蔽门系统后,对烟气向四周的扩散有一定的阻挡作用,致使烟气的主要扩散方向为沿隧道两端方向;车站机械排烟系统开启后,车站现有的机械排烟系统能够满足国家规定的6min 的人员安全疏散要求,保证了站厅及出入口区域基本上没有烟气,使人员可以安全逃生;考虑到车站设置了屏蔽门本身对烟气向站台区域扩散具有一定的阻挡作用,以及烟气向上运动的趋势,应尽可能将烟气从上部区域排除.模拟发现在车站现有排烟系统的基础上关掉轨底排烟系统时,排烟效果更好,对人员的安全疏散更为有利.Chen等人[6,7]对台湾G ong2Guan地铁车站站台屏蔽门在着火情形下部分开启的情况作了考察,数值模拟表明,屏蔽门虽然没有明显地影响烟气运动,但由于隧道风机对烟气抽吸作用集中在屏蔽门孔处,强化了抽吸作用,因此,站台温度有所下降.文献[8]就活塞风对地铁火灾烟气运动的影响进行了数值模拟,在某一设定活塞风模型下,考察地铁火灾烟气的蔓延特性,对有无活塞风情况下的烟气温度进行了比较.主要结论是活塞风的“吸风”对列车进站端的烟气有回灌作用,并将有害毒气卷吸到更低的区域,不利于人员疏散.205 上海理工大学学报2008年第30卷　Park[9]和蔡波[10]等模拟了韩国大丘地铁火灾,重点模拟对比了有无强制通风烟控系统下地铁火灾的发展情况.结果表明,强制通风烟控系统能够有效实现火灾现场的空气流通,补充氧气,提高能见度和降低温度.但模拟未计活塞风的作用,这与大丘J un2 gang2Ro车站火灾发生时两列列车前后相向进站,具有活塞风作用的条件明显不符.2　地铁火灾数值模拟的数学模型目前地铁火灾数值模拟采用的流动模型大体上分为区域模型(zone model)、场模型(fleld model)、网络模型(network model)和场区网复合模型等,常用的是前两种.2.1　区域模型特点区域模型将室内空间人为地分成2～3个区域,一般划分为上部热烟气层和下部冷气层,且认为每个区域内部的各种参量均匀分布,都是时间的函数.为进一步简化问题,对区域模型作如下假设[3]:a.室内上部烟气层和下部冷气层均匀;b.上下两层有明显的分界面;c.燃烧产物和有效热量及卷吸的空气全部进入上部热烟气层,且充分混合;d.下部冷气层视为热透明体,忽略火焰、烟气羽流对上部热烟气层和下部冷气层的直接辐射作用;e.上下两层及周围空气均视为理想气体.采用区域模型进行数值模拟,宏观地认为物理量仅以竖直方向变化.在火灾发展及烟气蔓延的大部分时间内,室内烟气分层现象相当明显,因此普遍认为区域模型给出的近似相当真实,是一种计算时间短,计算代价低又能保证足够精度的模拟方法.迄今,美国国家标准技术研究中心(N IST)采用区域模型开发的CFAST软件在模拟站台等结构简洁的大空间火灾中得到了较广泛的应用,但对于尺寸比例超过10的狭长的空间,由于热羽流与下层冷空气层充分混合,区域模型的前提已经不存在,计算结果出现明显异常[11,12].2.2　场模型特点场模型由于真正引入了火灾发生、发展过程中各状态参数空间分布及其随时间变化的控制方程,使之能精确地反映火灾过程中烟气运动的速度、空气温度的变化、空气中各组分浓度的变化以及火焰的蔓延速度等.场模型原则上适用分析任何类型的火灾.目前场模型数值模拟中成熟的湍流模拟方法有:直接数值模拟(DNS),大涡模拟(L ES)和雷诺平均数值模拟(RANS).DNS是使用同一尺寸网格直接对原始的N S方程求解,不使用模型假设,因此,要求网格尺寸足够小.L ES中网格划分较细,尤其是近壁区,网格必须加密到足够精细才能分辨出湍流结构.大于网格尺寸的涡漩结构用非稳态的N S 方程直接求解,而小尺度的涡漩采用一种近似的模型.由于这种近似,所以直接模拟精度低于DNS.但L ES对计算机内存的速度远低于DNS,因此,近年来L ES的研究与应用日趋广泛.RANS将非稳态N S方程对时间作平均,由于引入了脉动值的附加项,使得原先的方程组不封闭,需另补充确定这些附加项的关系式,但又不能引入新的未知量.将湍流的脉动值附加项与时均值联系起来的特定关系式称为湍流模型.Spalart[13]在综合比较了各种湍流模拟方法之后认为,将来最实用的方法是RANS或RANS/ L ES,近几年发展起来的分离涡模拟(DES)方法就是RANS/L ES混合方法.它是一种利用单一湍流模式的三维非定常数值求解方法[14],在网格足够密的地方相当于L ES中的亚格子应力模式,在其他地方相当于RANS模式.它的最大优点是能捕捉到分离流动的主要特性而又相对经济.文献[15]发展了基于κ-ε湍流模式的DES方法,用它来模拟单室火灾过程中的速度和温度分布,其计算结果与L ES计算结果和实验数据进行比较,得到了满意的结果.κ为湍流脉动动能,ε为湍流脉动动能耗散率.3　地铁火灾数值模拟的边界条件结构、环境与运行状态等构成了地铁火灾数值模拟的边界条件,它们包括:a.被研究站台、站厅之间的连接; b.车站自然通风及机械通风,风井、回风道的配置及组合开启;c.车站人员与设施附加的热负荷;d.火灾时车辆的移动及活塞门的启闭;e.计算域周边风速、风压、传热与传质及壁面处气流是否滑移等.随着大城市地铁运营逐渐网络化,大型换乘地铁车站结构趋于复杂,当被研究站台和站厅需要从整体中隔离时,连接关系应真实体现.常规做法就是在几何建摸中,在被截断通道的交界处根据自然通风或机械通风条件确定风向与风速,或直接用风机流量表示边界条件,主要取决于不同软件的输入要求.赵耀华等对模拟边界提出了一种“连体模305　第5期鲁嘉华,等:地铁火灾数值模拟研究综述　型”[16],即当某一个车站发生火灾时,计算区域为其两端各一个车站和各两个区域(三车站、四区域);当某一个区间发生火灾时,计算区域为该区间两端各两个车站和各一个区间(两车站、三区间).两种情况下,所有出入口均可假定为自由边界条件,模拟结果与现场实验结果基本一致.这一模型的优点是全局观较强,简化了人行出入口,减小了计算量,并使计算容易收敛,但是对于局部火灾,这种模型并未简化.Chen等[6]在对台北G ong2Guan车站进行火灾数值模拟中分别用不同的风速和风向表示站台下侧排烟口(U PE)的开启、站台排烟门(SEG)的开启和隧道通风风机(TVF)的开启等不同排放烟通道组合开启下施加的边界条件,与实际运行工况比较符合,模拟结果具有较强的参考价值.对于站台火灾,文献[17]把设备及广告灯箱照明发热量、车站人员热负荷、停靠列车热负荷(主要包括阻力发热、列车辅机以及列车制动发热量等)作为边界条件计入.而活塞风热负荷主要受隧道断面阻塞比、隧道内通风方式、隧道与车站连接部分的构造以及列车速度、编组长度、运行间隔等因素的影响,取列车通过隧道引起的活塞风量为1500～2000m3/列,列车运行侧进入站台的活塞风速为0.72m/s,非运行侧的诱导风速为0.50m/s.虽然热负荷计量非常全面,但定量值会因车站而异,不应照搬.无论隧道还是车站火灾数值模拟中,现有文献几乎在壁面均采用无滑移边界条件,考虑到隧道轴向导热与径向导热相比可忽略不计,因此,隧道围护结构的导热按径向导热处理,并假定其外壁温度与地面下深层土壤温度相同[18].4　地铁火灾荷载的确定地铁火灾主要危害来自于热和烟气,而最大的危害是由热引起的.因此,不论区域模型还是场模型都离不开对火源热释放速率(HRR)的研究.热释放速率是评价火灾危险性的重要参数,也是进行火灾模拟研究的基础参数.虽然在过去20年里,火灾过程中热释放速率的测试方法有较大发展,出现了基于氧消耗原理的热释放速率测试方法和基于质量损失速率的热释放速率测试方法,但涉及因素过于复杂,世界各国对于地铁火灾荷载的确定至今没有明确表述.地铁火灾荷载的确定需要考虑两个方面:一是固定荷载,考虑地铁车厢本身的可燃物,主要包括列车车体的地板、窗体、墙壁及天花板材料,座椅及装饰材料;二是移动荷载,考虑旅客携带的行李物品.有关地铁列车火灾的热释放速率仅有很少的公开数据,主要原因是开展列车火灾的全尺寸实验非常困难.目前国内外文献大多采用t2模型来描述火灾过程的热释放速率随时间的变化:Q=at2,其中, t为时间,Q为热量.火灾发展速率a根据NFPA 对火灾按极快、快速、中速和缓慢4种分类分别确定.国外发达国家对其最大值大都采用5～50MW,且重点研究10MW情况的火灾实验.如美国的Mi2 clea和Mckinney,英国的Rhodes,加拿大的Slusar2 czyk,Sinclair和Bliemel等学者均对一系列不同结构的地铁系统在10MW下的火灾工况进行了相应的研究[19].由于新型的地铁车辆普遍采用不燃、阻燃材料,进一步降低了列车车厢发生火灾后的热释放速率,相对提高了安全性,选取10MW作为一节车厢火灾的最大热释放速率成为比较一致的做法.文献[20]进一步指出,对于国内新投入运行的地铁车辆,由于其结构都是不燃或阻燃材料组成,车辆着火时热释放速率取7.5MW,香港新机场线的列车已降低至5MW.中国矿业大学程远平由地铁车厢实验测定参数,运用氧消耗原理计算得到的地铁车厢火灾热释放速率[21～23]显示一节车厢火灾的最大热释放速率为23.8MW,3节车厢火灾的最大热释放速率为50.9MW,且认为地铁列车火灾的发展速度接近火灾模型中的超快速火灾.关于移动负荷,英国学者认为在人员聚集公共场所火灾规模为2.0～2.5MW,该数据正被广泛采用[21～23].文献[24]通过对北京、上海、广州及深圳等地铁的实地调研,考虑乘坐地铁赶往机场、火车站及换乘站等场所,乘客携带的行李较多,行李中可能包括较易燃烧的纤维织物、纸张及食品等,同时考虑到人为纵火及其他爆炸物等,建议选取5MW作为移动荷载,并设为超快速增长火.文献[25]通过实验测试木头、皮革和海绵的热释放速率,在实验过程中通过数据采集系统直接测定可燃物质量随时间的变化,换算为可燃物的热释放速率.实验表明,木头的热释放速率对火源热释放速率的影响最大,海绵燃烧所需温度最低;皮革比木头和海绵具有较长的阴燃时间;皮革需要较多的热量来加热本身而分解出挥发性气体.这些结果对修正固定和移动负荷的热释放速率有积极的意义.405 上海理工大学学报2008年第30卷　5　地铁火灾数值模拟应用软件由应用情况分析,目前适用于地铁火灾数值模拟场模型的软件主要有FDS软件、SES软件、CFX 4软件、SMAR TFIRE软件、PHOEN ICS软件、FL U2 EN T软件等,适用于区域模型的软件主要有CFAST软件.FDS软件是美国N IST的建筑与火灾研究实验室(BFRL)开发的产品,FDS模型是以大涡模拟(L ES)为基础的三维计算流体动力学软件,可以模拟火灾湍流流动过程.该软件采用数值方法求解受火灾浮力驱动的低马赫数流动的N S方程,重点计算火灾中的烟气和热传递过程.由于FDS程序是开放的,其准确性得到了大量试验的验证[26].因此,在火灾科学领域得到了广泛应用[4,10].虽然FDS模拟软件有诸多优点,但是同其他模拟软件相比,几何建模仍不灵活.SES软件擅长于铁路设计计算,可计算隧道内气流速度、温度、湿度及风量及空调负荷等,它可用于模拟各种列车推进及刹车系统,包括机械通风、车站空调及轨道排风等各种环境控制系统,相互连通的隧道、车站和地下通道网的气流,由不同车种及不同运行时间表组合的一连串列车的开启情况,稳态和非稳态热源,火灾工况下列车停留在隧道内气流与风机的相互关系等.虽然该软件仅适用于一维气流的分布分析,但其结果往往能作为CFD三维计算的边界条件[16],因此,SES软件在地铁火灾的模拟研究中发挥着积极的作用.CFX软件由英国AEA Technology公司开发. CFX除了可以使用有限体积法之外,还采用了基于有限元的有限体积法.它对六面体网格单元采用24点插值,对四面体网格单元采用60点插值,吸取了有限元法的数值精确性.在湍流模型的应用上,CFX 最先使用了大涡模拟(L ES)和分离涡模拟(DES)等高级湍流模型.CFX使用全隐式多网格耦合求解技术,避免了“假设压力项求解修正压力项”的反复迭代过程,而同时求解动量方程和连续方程,计算稳定性提高了很多[27].文献[6]用其模拟了台湾G ong2Guan地铁车站的火灾,取得了比较详细的结果.SMAR TFIRE软件是由英国格林威治大学的防火安全工程学小组(FSEG)开发的,它是基于SIMPL E算法的火焰数值模拟软件,可采用κ-ε模型及六通量辐射模型,模拟多室火灾过程.在国内,该软件已被用于广州地铁烟气扩散的数值模拟及人员疏散研究、北京奥运场馆性能化放火分析软件系统的实现等工程[28].PHOEN ICS软件可选用带浮升力修正的κ-ε两方程模型,动量方程采用交错网格方法进行离散,其余方程的离散采用有限容积法.其火灾计算Flair 功能对火灾场景进行很好的描述,自带的IMMO2 ERSOL能模拟辐射换热.由于能与AU TOCAD软件进行数据传递,复杂地铁车站和隧道结构能得到完整的体现,使模拟准确性得到基本保证[2,16,18,29].作者应用该软件对上海地铁人民广场站的火灾模拟取得了较好的结果.FL U EN T软件采用有限容积法对控制方程进行离散化并进行数值求解.它可使用三角形、四边形、西面体、六面体和金字塔形网格来解决具有复杂外形的流动,进行二维和三维的流动分析,适合地铁车站的复杂构形.可完成多种参考系下恒定与非恒定流动分析、可压和不可压流体计算、层流和湍流模拟、传热和热混合分析、化学组分混合和反应分析、多相流分析、固体与流体耦合传热分析、多孔介质分析等,它的湍流模型包括κ-ε模型、Reynolds应力模型、L ES模型、标准壁面函数及双层近壁模型等,适合地铁火灾烟气复杂构成和流动特性的分析与模拟[3,8,30,31].CFAST软件是美国N IST建筑火灾研究室在FAST和CCFM基础上发展出来的,它在常规尺寸建筑火灾烟气计算方面取得了较好的效果,它能模拟烟气的扩散、冷空气层高度、热烟气层温度、烟气中的有毒气体组分等,目前在区域模型中得到较广的应用[11,32],但其在狭长区域计算中的模拟准确性不够理想.6　结束语地铁火灾预防在大型城市公共交通安全保障中有着极其重要的意义,由于运行、安全等因素的限制,以及技术手段局限,地铁隧道与车站的火灾预防措施更多地借助于数值模拟的结果制定.新近的地铁火灾数值模拟更加严格地围绕设计规范、近年地铁所采用的技术、复杂的布局与地理特征及活塞风作用等要素展开,研究的针对性明显加强.因此,从火灾模拟新近发展、建模、边界条件、火灾载荷及应用软件等关键点综述最新火灾模拟技术的发展,汲取良好的经验,将为地铁火灾的控防提供更为准确的技术参考.505　第5期鲁嘉华,等:地铁火灾数值模拟研究综述　参考文献:[1]　那艳玲,黄桂兴,涂光备,等.地铁车站火灾的烟气流动状况研究[J].暖通空调,2006,36(6):24-28. [2]　陈中,张良焊.地铁区间隧道火灾自然排烟模式的研究与应用[J].现代隧道技术,2006,43(3):62-66. [3]　周汝,何嘉鹏,谢娟,等.地铁站火灾时空气幕防烟的数值模拟与分析[J].中国安全科学学报,2006,16(3):27-30.[4]　高俊霞,史聪灵,钟茂华.深埋地铁防排烟研究[J].中国安全生产科学技术,2006,2(6):39-43.[5]　郑志敏,赵相相,周孝清.地铁车站火灾烟控模式的数值模拟[J].暖通空调,2006,36(5):72-74.[6]　CHEN Falin,GUO Shin2chang,et al.Smoke Control ofFires in Subway Station[J].Theoretical and Computa2tional Fluid Dynamics,2003,16(5):349-368.[7]　CHEN F,CHIEN S W.Development of escape modelfor passengers and analysis of shortest allowable evacua2tion time in subway stations of TRTS[R].Taipei:SinoTech Engineering Consulting Company.[8]　孙路.带屏蔽门的地铁站通风兼排烟系统问题探讨[J].铁道标准设计,2006,26(7):95-96.[9]　PAR K Hyung2ju.An investigation into mysterious ques2tions arising from the Daegue underground railway arsoncase through fire simulation&small2scale fire tests[A].6th Asia2Oceania symposium on Fire Science and Tech2nology[C],2004,16-27.[10]　蔡波,李辉亮,廖光煊.地铁火灾中强制通风烟控系统作用的模拟[J].中国工程科学,2005,7(8):80-83. 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地铁车站列车火灾烟气蔓延规律模拟分析

地铁车站列车火灾烟气蔓延规律模拟分析赵兰英;曹鸽【摘要】Providing a train fire happens in the middle carriage when the train stops at the platform, a physical model is established according to the architectural design of Zhengzhou metro Line 1 tunnel and some typical platforms. Then, the CFD ( computational fluid dynamics) field simulation method, software STAR CCM +, and a fire source setting of combustion model are adopted to carry out the numerical simulation of train fire under certain working conditions, the characteristics of smoke flow temperature field, velocity filed and CO concentration field are studied, which may provide the theoretical background for passenger evacuation in train fire.%设定列车停在站台停车范围内时列车中部车厢发生火灾,根据郑州市地铁1号线隧道及部分典型站台的建筑设计建立物理模型,采用数值模拟软件STAR-CCM+,运用CFD(计算流体力学)场模拟的方法,采用燃烧模型的火源设置方法,在一定工况下对列车火灾进行数值模拟分析,对火灾时的烟气温度场、速度场和CO浓度场进行深入研究.研究结果可为列车在地铁车站发生火灾时的人员安全逃生提供理论依据.【期刊名称】《城市轨道交通研究》【年(卷),期】2019(022)001【总页数】6页(P69-74)【关键词】地铁车站;列车火灾;烟气流动;数值模拟【作者】赵兰英;曹鸽【作者单位】商丘工学院土木工程学院, 476100, 商丘;商丘工学院土木工程学院, 476100, 商丘【正文语种】中文【中图分类】U231.96地铁车站人员密集，且环境较封闭。

浅谈地铁车站火灾数值模拟要点

作者：吉晴晴[1] 李宣庆[2]
作者机构： [1]长安大学,陕西西安710064 [2]卧龙冈大学,伍伦贡市2134
出版物刊名：武汉交通职业学院学报
页码： 81-84页
年卷期： 2014年第4期
主题词：地铁车站火灾数值模拟火源功率物理模型网格划分
摘要：近年来，我国地铁建设里程呈快速增长的趋势，对地铁车站防灾的要求也不断提高。

目前，地铁车站火灾的研究方法主要有数值模拟、现场模拟和比例模型模拟等，从经济性、适用性和易操作程度上来看，数值模拟都具有优势，因此，也是最常用的分析方法。

文章根据目前地铁车站火灾数值模拟的现状，分析模拟中需要注意的问题。

地铁站台火灾烟气蔓延数值模拟分析

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｉｆｒｅｏｎｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍｏｆｓｕｂｗａｙｓｔａｔｉｏｎｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｕｓｉｎｇｔｈｅｓｏｔｆｗａｒｅＦＤＳ．Ｔｈｅｓｍｏｋｅ
了烟尘及有毒气体昏迷后而致死… 。
由于地铁系统与外界的联系主要为人员出入口，人员密集，排热排烟困难，因此比地面建筑火灾具有更大的危险性，
一
某一区域内２ｍ高度处满足能见度低于ｌＯｅ、ｒＣＯ浓度高于
［关键词］地铁；火灾；数值模拟；烟气蔓延
ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎＳｍｏｋｅＳｐｒｅａｄｏｆｔｈｅＰｌａｔｆｏｒｍｉｎＳｕｂｗａｙＳｔａｔｉｏｎｕｎｄｅｒＦｉｒｅＣｏｎｄｉｔｉｏｎ
ＣＯ浓度分布情况，研究地铁火灾时人员疏散的安全性。研究表明：火灾情况下，烟气温度、ＣＯ浓度的变化主要集中在火源区域附
近。站台层其他区域的温度和ＣＯ浓度均得到很好的控制。但能见度下降较明显，不利于人员疏散。
近年来，地铁已经逐渐被引人到国内各大中城市。由于

地铁车站火灾通风数值模拟研究的开题报告

地铁车站火灾通风数值模拟研究的开题报告一、选题背景地铁系统作为人们出行的重要方式之一，随着城市规模的不断扩大，地铁车站也不断增多，其安全问题也越来越引起人们的重视。

在地铁车站中，一旦发生火灾，烟气蔓延速度快，危害极大，而火灾所带来的浓烟还会影响到人员疏散和消防通道的使用。

因此，对地铁车站火灾安全问题的研究变得尤为重要。

通风是地铁车站防火和减少烟气蔓延的重要手段之一。

对通风进行数值模拟，可以优化通风系统的设计和运行模式，提高地铁车站火灾应急处理的效率。

因此，在地铁车站火灾安全问题的研究中，通风数值模拟具有重要的意义。

二、研究内容本研究旨在利用CFD（计算流体力学）软件对地铁车站发生火灾时的烟气蔓延情况进行数值模拟及通风系统的优化设计，探究以下研究内容：1.利用CFD软件建立地铁车站火灾数值模拟模型，包含车站结构、人员流动模型和通风模型等。

2.模拟不同火灾情景下车站内的温度和烟气浓度分布情况，探究不同因素对车站火灾蔓延速度的影响。

3.利用CFD软件对车站通风系统进行优化设计，使其在火灾发生时能够起到最大的防控作用。

4.通过对数据运用计算机技术进行处理，实现直观显示与分析，为进一步改善地铁车站火灾安全措施提供参考依据。

三、研究方法1.数据收集：对地铁车站火灾安全问题的历史案例进行收集，了解车站结构及通风系统设计的基本情况和要点。

2.理论分析：综合运用火灾动力学、热力学和流体力学等理论对地铁车站发生火灾时的烟气蔓延特性进行分析。

3.数值模拟：利用CFD软件建立地铁车站火灾数值模拟模型，模拟火灾发生后烟气温度和浓度的变化情况及通风系统的运行状况。

4.数据处理与分析：利用计算机技术对模拟结果进行数据处理和可视化分析，得到具有实际参考价值的结论。

四、研究意义1. 通过数值模拟，为地铁车站火灾的预防、疏散和扑灭提供参考依据。

2. 优化车站通风系统，提高车站火灾应急处理的效率和安全性。

3. 对地铁车站火灾安全问题的研究，对于其他公共场所的安全维护也具有借鉴意义。

地铁十字换乘站火灾烟气控制的数值模拟

3 mm ˑ 800 mm 的排烟口，由 2 台大小为 60 m / s 的风 3 机提供风量。车站送风也是采用 2 台大小为 60 m / s
的风机。换乘通道位于站厅层，通道宽度为 5 m。应用 ICEMCFD 软件根据设计资料建立全尺寸模型，见
62
铁
道
建
筑Байду номын сангаас
December， 2012
摘要：建立了北京地铁某典型十字换乘站火灾烟气运动的数学模型，采用计算流体力学方法模拟换乘站内发生火灾时烟气发展和蔓延的动态过程，探讨了反映流动与发展特性的温度场、速度场、能见度等分布规律，进而为制定防排烟方案及疏散方案提供参考。计算结果表明: 地铁换乘站内发生火灾时，送排，，，风系统可及时有效控制烟气的扩散并且保证楼梯口向下的风速阻止烟气向人员逃生路线扩散有利于乘客逃生和火灾救援，烟气并未向另一车站蔓延，该车站如果发生火灾不会影响到另一站台的运营，说明车站的烟控系统设计合理。关键词：地铁十字换乘站烟气控制系统 CFD 疏散 + 中图分类号： U453. 3 ; TU96 7 文献标识码： A DOI: 10． 3969 / j． issn． 1003-1995． 2012． 12． 18 随着城市地下交通网络的快速发展，地铁系统的运输能力大幅提升。换乘站是各条地铁运行线路的节点，起到调节和分配客流及交通转换的重要作用。随着地铁线路的不断建设，地铁换乘站的数量也在不断增加。以北京市为例，截止 2011 年底北京市地铁已经开通地铁线路 17 条，共有换乘站 25 个，包括双线换乘北京市规划到 2015 年有 19 条线运行，共和三线换乘， 74 。计有个换乘车站换乘站的安全尤其是防火灾安全尤为重要。换乘有来自各个线站的功能决定了其特点为： ①客流量大，路的乘客，客流交叉运行，一旦发生火灾，疏散困难； ② 换乘通道长，去往各个方向，出入口多，尤其是大型多线换乘枢纽，换乘更加复杂； ③ 防排烟系统复杂，根据不同火灾发生位置，应设计各种防排烟的组合方案，同［1-2 ］。时还要考虑换乘通道对烟气的影响由于地铁位于地下，出入口少，人员密度大，因此地铁内一旦发生火灾，则烟气会很快扩散，温度快速升高，能见度差，给人员疏散和灭火救援带来很大的困难，乘客可能因为吸入烟气窒息而亡。国内外对地铁火灾及烟气扩散的研究均是针对普通的单个地铁车站，很少对换乘站进行研究，研究方法主要采用数值模拟和试验研究。由于数值模拟具有快速、准确、成本、。低操作性强等优点得到广泛应用由于换乘站乘客运营任务重，无法进行现场的火灾试验，因此数值多，

关于地铁隧道内地铁车厢火灾烟气蔓延数值模拟研究

关于地铁隧道内地铁车厢火灾烟气蔓延数值模拟研究摘要：地铁隧道一旦出现火灾，在狭长受限空间驱动下极易造成烟气大范围蔓延，导致出现人员伤亡事件，势必迅速成为公众舆论的焦点，也会影响到地铁企业的品牌，也会危及社会公众的生命安全。

本文主要研究不同火源功率下下地铁隧道地铁车厢火灾烟气流动特性、能见度、温度分布、CO浓度等特征参数演化规律，并提出了一些相应的应对措施。

关键词：地铁隧道、火灾、地铁车厢、应对措施1 引言1.1 研究背景近年来，我国已经进入地铁建设的高峰期。

地铁作为大客流、方便快捷的运输载体为城市交通做出重大贡献。

同时，由于地铁属于人员密集场所，尤其在地下区间运行的列车内，人员更加密集、空间更为封闭，一旦发生火灾事故，如果不能及时控制、迅速排出烟气，必然会对乘客的安全疏散构成严重威胁，消防人员无法迅速进行火灾扑救，极易造成重大的人员伤亡和财产损失。

1.2 地铁隧道火灾危险性分析地铁隧道内火灾对人员的危害主要来自烟气的高温特性、遮光性以及有害气体毒性，另外一个就是隧道内人员逃生困难，这是造成此类隧道火灾伤亡大、救援困难的主要原因，接下来从火灾烟气、人员疏散、救援困难等方面进行分析：（1）烟气的危害性地铁隧道是典型的半封闭空间，在其中发生的火灾多为不完全燃烧，燃烧产生大量的烟雾和有毒气体CO等。

同时由于很难进行自然排烟，热量不容易散发，烟气在高温产生的浮力和机械通风的作用下，会沿隧道纵向迅速蔓延。

公认的判定准则为，若隧道内某处2m高度处的气体温度超过180o C，或能见度小于30m，则认为该位置已经达到了危险状态。

（2）人员疏散困难地铁站内人员非常密集，在火灾时要实现如此多人员的安全疏散是一件极其困难的事。

地铁站为狭长型结构，并且隧道内只有一侧有一道1.2m疏散平台，人员在疏散时需要移动较长的水平距离，火灾情况下人员容易出现拥挤踩踏事件等，并且地铁站均位于地下。

（3）扑救难度大由于隧道出入口少，内部能见度低、障碍物多，能深入火场内部的消防人员有限；另一方面，隧道内壁经长时间的烘烤，辐射出大量的热量，消防人员将面临高温考验；加之隧道发生火灾后，当隧道控制中心因断电不能正常运行时，消防队员不能从外部直接观察起火点的燃烧情况，这些都大大的增加了扑救难度。

中庭式地铁车站站台火灾烟气扩散控制模式的数值模拟分析

中庭式地铁车站站台火灾烟气扩散控制模式的数值模拟分析摘要:中庭式地铁车站在火灾工况下的排烟模式设计是地铁车站设计中的难题。

本文针对中庭式地铁车站站台火灾情况，采用大涡模拟的方法进行三维数值模拟，分别研究了两种火源位置下的烟气流动规律、不同排烟模式下的烟尘浓度分布以及CO浓度随时间的变化。

结果表明：当火灾发生在站台中庭位置时，烟气受热浮力驱动直接扩散至站厅层并向四周蔓延，关闭站台层送风系统可以延缓烟气扩散到出入口的时间并抑制烟气层下降速度；而当火灾发生在站台廊道位置时，开启站厅层送风系统可有效提高站台烟气层高度并且阻止烟气蔓延至站厅层。

关键词:中庭式地铁车站；站台火灾；FDS；数值模拟；排烟模式Abstract Smoke extraction mode in fire accidents is always a challenge during design of atrium metro stations. In this paper, according to the situation of atrium metro station platform fire,Large Eddy Simulation was performed to study smoke movement pattern, dust concentration distribution in different smoke extraction mode and how the concentration of the co changes with time under two different fire locations. The results show that if the platform atrium is onfire, buoyancy driven smoke spreads to the subway hall directly andthen spread around, it will delay the time for the smoke spreading to passageway and slow the descending of smoke layer to close the air supply system of the platform layer. When fire takes place at platform corridors, operating the air supply system can raise smoke layerheight and prevent the smoke spreading to the subway hall.Keywords atrium metro station, platform fire accident, FDS, numerical simulation, smoke extraction mode1 引言随着我国经济的高速发展，地铁日渐成为城市中不可或缺的现代化交通工具；然而随着地铁的大规模建设，地铁火灾、水灾、毒物泄露等事故时有发生，而其中火灾事故约占地铁事故总数的57%，造成了巨大的人员伤亡和财产损失，如1995年阿塞拜疆首都巴库的地铁火灾造成300多人丧生，200多人受伤；2003年韩国大邱市地铁纵火事件导致198人死亡，147人受伤。

深埋地铁车站火灾实验与数值分析

第6章深埋地铁车站火灾模型试验6.1 模型试验的相似性理论分析用于火灾试验研究中的尺度模拟技术的相似模型主要有三类（Quintiere，1989,；刘方，2002）：弗劳德模型（Froude Modeling）、压力模型（Pressure Modeling）以及类比模型（Analogy Modeling）。

不同的研究目的所采用的相似模型不同。

压力模型用于模拟可燃物的燃烧情景，模型试验设计在加压容器中进行。

而弗劳德模型用于模拟火焰羽的流动与传热问题，模型试验在常压下进行。

类比模型中的盐水模拟实验技术是一项研究火灾烟气流动特性的新方法。

对于一般的建筑采用全尺寸的实体模型进行火灾实验，存在一定困难，不经济。

因而采用小比例的相似模型研究火灾的发展和烟气流动规律是一种必要、科学、经济而又切实可行的手段。

而且，以数学模型为理论基础的火灾烟气流动应用程序，必须得到实验的验证。

目前，已有研究者采用弗劳德模型开展建筑物内火灾烟气流动研究，获得一些有益的实验结果（范维澄等，1995）本章先根据烟气流动控制微分方程导出模型与原型动力相似的相似准则，得到建造模型实验的相似律。

由于火灾现象的复杂性，相似模型结果与实际结果是不完全相同的。

所建立的微分方程组往往不能完全反映所有影响因素，实际上，如果将所有因素都考虑进去，会使方程组过于复杂化，而对所要解问题的精度往往不要求如此精细。

因此相似模拟方法是一种需要忽略一些次要因素，抓住所要研究的问题的本质，研究火灾及其烟气运动过程的手段。

6.1.1 烟气流动控制方程无纲量化利用无量纲化分析方法导出相似准则，必须对所研究对象的物理本质进行认真分析，建立起相应的控制微分方程组，进行相似变换将方程化为无量纲方程组，从而得到相似准则。

本节主要参考国内外已有的纲量分析法（Quintiere，1989；刘方，2002），从控制方程的分析入手，进行无量纲化处理，进而得到地铁火灾实验的相似律。

连续方程：()0j ju t x r r ¶¶+=抖（6.1）式中，r 为密度；t 为时间；u 为速度。

地铁列车火灾烟气流动及传热的数值模拟

分源模拟火源，射由Ｒｓｅａｄ模型考虑，拟了三维辐ｏｓｌｎ模
非稳态火灾烟气流动与传导、流和辐射的复合传热过程，对分
析了火灾条件下流动、以及烟气的传递规律，对燃烧条件热并下由于密度变化引起的扼流效应、力效应进行了分析。浮
烟气的组分源项，通过设置烟气的组分源项考查烟气扩散运动情况。同样，可以设置成稳态和非稳态烟气也组分两种情况。（）３化学反应生成燃烧产物，虑具体燃烧过程。考
近年来，算流体力学的模拟软件ＣＤ技术作为计Ｆ
稳态和非稳态两种情况：态热源在整个模拟中热释稳放率不随时间而改变；稳态热源的热释放率与时间非成某种函数关系。这种火源设置其模拟结果只涉及到
空间温度场的分布。
１引言
地铁交通作为缓解城市交通紧张状况的有效工
摘要：多相流燃烧与烟气传递过程的基本假设和数学以
程描述，组分传递控制方程采用Ｆｖｒａｅ平均方程描述；（）传热过程考虑传导、流与辐射以及浮力的２对
影响；
模型为基础，用ＣＤ软件ＡＮＳＦｏｏ对某地铁站列车运ＦＹＳＣＸ１．
火灾的烟气流动与传热过程进行了数值模拟研究。气体的湍流

深埋地铁车站站台火灾时烟气蔓延数值分析

深埋岛式地铁车站站台火灾时烟气蔓延数值分析*史聪灵1钟茂华1涂旭炜2邓云峰1符泰然11中国安全生产科学研究院北京1000292广州市地下铁道设计研究院广州510010中图分类号：X932 文献标识码：A摘要：随着我国地铁的发展，未来部分地铁的发展空间属于埋深较大,经过老城区时须穿越大片房屋桩基，地质条件复杂，施工难度大,工程实施上线路和车站均需要较大的埋深。

因此深入开展深埋地铁站点火灾安全研究有助于地铁安全管理工作。

本文针对地铁深埋岛式站台火灾，利用数值模拟方法，研究深埋岛式站点内烟气横向流动和不同站层间的烟气纵向蔓延规律。

分析烟气在隧道、站台及站厅内蔓延时烟气温度、有毒气体浓度、可见度等特征参数的分布情况；同时探讨了火灾时深埋岛式站点内有效的气流组织形式，隧道排烟系统的运行模式。

本文研究结论有助于同类型的地铁车站的设计和运营管理。

关键词：地铁车站站台火灾烟气蔓延数值模拟气流组织1 引言随着我国城市轨道交通的发展，部分城区的地下浅层空间已基本开发或受地面建筑的限制难于继续开发，未来部分地铁的发展空间属于埋深较大,经过老城区时须穿越大片房屋桩基，地质条件复杂，施工难度大,工程实施上线路和车站均需要较大的埋深[1,2]。

深埋暗挖方案减少了对路面交通、高层建筑的影响，减少了房屋拆迁量，改善区间施工条件，但同时也对地铁站点的通风、排烟设计的安全性提出了更高的要求。

地下站台的防排烟系统设计一方面应保证起火站层的烟气有效排放，另一方面起着保证不同站层连接开口处形成一定流速、控制烟气流向的作用[3-6]。

现行《地铁设计规范》规定的排烟量按照建筑面积1m3/min.m2，排烟设备按同时排除2个防烟分区配置，同时火灾时楼梯口需形成1.5m/s的向下风速。

对于深埋站点，由于其结构的特殊性，带来较多的问题，例如：由于站点较深，车站层数多，风压损失较大，楼梯开口处是否可以形成一定的向下流速，阻止烟气向上方站层蔓延；疏散距离大，人员安全疏散时间较长，是否可以保证人员在烟气达到危险时刻之前疏散到安全区；较深的竖直井道如疏散楼梯间在火灾时容易形成烟囱效应，加大对烟气的抽吸，*国家自然科学基金项目(编号：50579100和50106017) 和国家重点基础研究专项经费(编号：2001CB409600)资助如何确保深埋站点疏散楼梯间的正压性和无烟气进入,这些都需要用科学的方法加以研究、分析和验证。

地铁火灾数值模型的建立与方法验证

地铁火灾数值模型的建立与方法验证火灾数值模拟中地铁站模型的选择、边界条件的建立及模拟方法对问题的探讨影响很大。

通过对典型地铁站物理模型的建立、边界条件的分析、数值模拟方法的验证，对后续的研究起到关键性的作用。

标签地铁；火灾；数值模拟随着城市的发展，地铁已经成为城市交通的命脉。

人们大多喜欢乘坐地铁出行，高峰时期地铁中人员密度非常大。

由于地铁火灾的特征不同于地面建筑，当地铁发生火灾时及易造成严重的财产损失和人员伤亡。

地铁火灾实验很难进行，为了便于问题的探讨，常选择数值模拟的方法来对其进行研究。

[1]1.地铁车站模型选择为了便于问题的研究，地铁站火灾模拟中选取沈阳地区典型浅埋岛式地铁车站为研究对象。

车站公共区域通风空调系统按站厅、站台均匀送-回（排）风设计（闭式系统）。

站台层设置轨底排风风道，排风口与刹车电阻箱对齐；轨顶排风风道，排风口与列车空调冷凝器对齐；站台排风风道。

车站空调回（排）风机兼作车站公共区消防排烟风机，回（排）风风道兼作排烟风道。

站厅层送风风量为66000 ，站台层排烟量为132000 。

地铁车站公共区域剖面如图1所示，车站主体两层结构均在地面以下。

2.地铁车站计算区域合理简化计算区域，在不影响整体研究效果的情况下，适当的降低计算成本。

站厅与站台层之间的结构不作为计算区域（即忽略两层的导热作用）。

站台层长120m，候车区计算层高3.5m，宽11.8m；隧道出入口4个，尺寸为3.75m×5.26m；轨顶排烟口24个，尺寸为1m×0.6m；轨底排烟口48个，尺寸为0.8m×0.3m；送回风口72个，尺寸为0.5m×0.5m。

站厅层长88m，宽19.3m，计算层高3.5m；送风口30个，尺寸为0.5m×0.5m；車站出入口4个，尺寸为4.5m×2.5m。

3.火源边界条件设置世界各国对于各种可燃物的释热速率并没有明确的界定，根据香港地铁工程技术人员的保守估计，地铁车站公共区火灾释热速率为2MW[2]；而英国Building Research Establish出版的报告中显示，在人员聚集的公共场所可能的火灾释热速率为2～2.5MW。

地铁火灾烟气控制的数值模拟

度差产生的压差，能增加或阻碍空气流动，主可这
２地铁火灾空气动力学物理模型与理模型．
要取决通风方向。因为空气密度的变化与空气的绝对温度成反比，由密度变化引起的扼流和浮升力
维普资讯
第２２卷
第１期
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２００２年３月
ＬｂＲＯＳＤ￥ＡＥｌ￣ＥＧＲＮＰＣ
文章编号：０１８１２０）１０６一４１０ —３Ｘ（０２ｏ— １０ｏ
速度计算公式如下
：
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（ｏ１）
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假定系统的压力为常数，则
：
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其中： —— 临界速度；（）５
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对每一离散同格的空气流量Ｑ．有
Ｑｉ
：：
常数
隧道高度；
铁阿络而言．灾区域只是局部范围，果机械通火如
系统。但在地铁建设与运营过程中，有一个不能忽
视的潜在问题，即地铁火灾的防范和应急处理问
题。
风设计合理，可将火灾区控制到尽量小的区域。为此将地铁系统分成非燃烧区、燃烧区和可能燃烧区三个区域。在非燃烧区和可能燃烧区．风流温度和烟气浓度都较低，流密度变化较小，虑用正常烟考工况下空气动力学模型分析．在燃烧区．度可高温

地铁区间隧道火灾通风模式的数值分析

摘要介绍了地铁区间隧道火灾常见的几种通风排烟模式,对其中一种最复杂的模式进行了数值分析。

模拟分析得出,对于地铁实际工程中的单线盾构圆形隧道,在10MW火灾强度下,着火区间隧道内2.6~2.9m/s左右的纵向风速可以有效阻止烟气发生逆流;在着火区间隧道2.9m/s的纵向风速下,未着火区间隧道两端对送送风速度为1~1.5m/s时,联络通道内有风速为6m/s左右的气流流向着火区间隧道,可有效抑制烟气通过联络通道向未着火区间隧道蔓延,保证人员的安全疏散。

关键词地铁区间隧道火灾通风排烟模式临界风速联络通道0 引言地铁属于人员密集场所,一旦发生火灾,后果将不堪设想。

针对地铁区间隧道火灾,目前规范要求司机应尽最大可能将列车驶出隧道进入前方站台后进行人员疏散, 倘若列车无法驶入前方站台而被迫停靠在漆黑的隧道中,应启动地铁区间隧道通风排烟系统进行排烟,在这种情况下,确定合理的通风模式至关重要。

地铁区间隧道的火灾通风排烟模式是非常复杂的,它与列车的停靠位置、人员的疏散方向、火灾发生位置以及区间隧道是否设置联络通道等因素有关。

目前,国内外已有很多人对地铁隧道火灾烟气的流动与控制作了大量的研究。

P.J.Woodburn等人把地铁火灾烟气的数值模拟值与实验值进行了对比,用来验证数值模拟的灵敏度和准确性,研究表明,除纵向通风速度对烟气回流扩散范围具有决定性影响外,火源的热释放速率以及湍流模型的选择对烟气回流扩散范围影响也较大[1]。

S.Kuma等人对隧道火灾进行了三维数值模拟,并分别研究了辐射、热传导和壁面粗糙度等因素对火灾烟气的影响[2]。

卢平等人对纵向通风水平隧道火灾烟气的流动特性进行了模拟与分析[3]。

郑晋丽研究了隧道火灾中几种常用的数值模拟方法,提出了火灾发生后应采取的有效烟气控制措施 [4]。

然而迄今,针对地铁区间隧道火灾通风排烟模式进行深入研究的文献不是很多。

本文通过分析研究,提出了地铁隧道火灾中几种复杂的通风排烟模式,选取了其中一种最复杂的模式,利用CFD方法进行了具体的数值模拟分析,得出了该模式下的最佳烟控送风速度。

不同通风模式下地铁车站内列车火灾的数值模拟

Ｖｏ．Ｎｏ．Ｉ６５０ｃ．２０７ｔ０
ｌ０月
文章编号：６１２９２０）５０６－５１７－２（０７０－０４０４
不同通风模式下地铁车站内列车火灾的数值模拟
王春，江帆，区嘉洁
（广州大学信息与机电工程学院，广东广＇５００）Ｊ＇１０６ｌｔ
车站是地铁建设中投资巨大的重要环节，也是乘客大量集散的地方，发生火灾时车站环控系统要能够提供相对安全的环境和疏散路线，保障乘客的生命安全．因此，紧急情况下地铁环控系统的通风模式尤其重要．实验固然能够１１车站土建模型．直观、真实地评价发生火灾时环控系统的有效性，获得较该地铁车站为双层岛式车站，其几何模型如图ｌ所示．为准确的结果，但毕竟组织和实施难度很大，费用昂贵，且站台尺寸：ＸＸ＝７．１．６３．长宽高１８７ｍｘ７３ｍｘ．４ｍ车站实验条件局限于现有的地铁，同时对列车运行和安全有很内布置车行顶道排风口（０ｍｘ０ｍ１１０ｍ５０ｍ）４，０４个站台大影响．随着计算机硬件的飞速发展和计算技术的不断成下排风１（０ｍ× ２ｍ１８车站大系统中站台送３８０ｍ３０ｍ）０个，熟，计算流体力学（ｏｐｔｉａＦｉＤｎｍｃ，Ｆ）ＣｍｕｔｎｌｌｄｙａｉＣＤ这风１（０ｍ× ０ｍ３个，３（０ｍ× ０ｍａｏｕｓ３９０ｍ２０ｍ）４排风１９０ｍ２０ｍ）有力的工具越来越多地应用于建筑火灾时室内环境的３个．２站台两端设有各种设备用房如开关柜室、、风室气模拟和分析Ｊ．由于地铁车站内部属于高大空间，传统的瓶室、照明配电室、蓄电池室及工务用房等，两端各设一个