地铁车厢着火时有屏蔽门送风下的烟气流动

周晓宇 方早 苗明东 李兆盟 南昌航空大学 土木建筑学院

地铁车厢着火时有屏蔽门送风下的烟气流动

周晓宇 方早 苗明东 李兆盟 南昌航空大学 土木建筑学院

随着城市化进程的推进，交通这一方面已经成为紧扣市民生活的一部分了。因为地铁比较封闭，人员密集度很大，所以一旦车厢内发生火灾而地铁驶进站台时，火势发展迅速，就可能会在短时间扩散到整个列车并且呛人烟气将会弥漫入站台，造成人员伤亡和重大的经济损失。本文通过计算流体力学的数值模拟方法，针对站台屏蔽门顶部是否安装机械送风装置，分析其对烟气流动的影响，对比安装前后的烟气浓度和速度分布，给地铁火灾安全的防范提供参考依据。这样研究铁车厢发生火灾时烟气流动的规律能够有效阻隔烟气流出对人们产生的影响。

地铁火灾 烟气流动 烟气浓度 速度分布

在国内有中国安全生产科学研究院的钟茂华和史聪灵等建立了1：10的小尺寸深埋岛式地铁站的模型,开展了列车火灾和站台火灾的实验,研究了站台与站厅连接处的风速以及地铁火灾时不同排烟模式的有效性；那艳玲用盐水实验台对地铁火灾烟气流动规律进行了模拟研究,并将实验结果与数值模拟进行了比较。在国王十字地铁发生火灾后，Simcox S, Wilkes NS等人计算机模拟了热气体的流动结果，而这些模拟是负责第一关注的壕沟效应，而Drysdale DD, Macmillan AJR等人澄清了这一机制的火灾；Chen F, Guo S, Chuay H等学者使用大涡模拟（LES）研究火灾烟气扩散规律，浮在一个地铁站驱动模拟。

这些大部分是考虑假设火灾发生于站厅层以及站台位置处的情况，对于在地铁车厢内由于内在或认为因素造成的火灾并没有过多的系统系说明与研究。本文将通过系统的模拟地铁车厢内有火源并发生火灾产生大量烟气的时候研究烟气的流动规律，为日后更深的研究以及通风防护措施提供依据。

1 研究内容

1.1 建立模型

本次模拟为地铁的一节车厢与轨道，尺寸为长20．00m×宽5．00m×高6．00m，隧道内有一节地铁车厢，车厢尺寸大小为长20．00m×宽3．00m×高3．80m，每个相邻门之间的间距是5．00m，隧道顶部开四个洞口作为排风口，这些排风口可以吹去飘到隧道上方的烟气，隧道上方的四个排烟口，每个排烟口尺寸大小为0．80m×0．60m，相邻排烟口间距5．00m。设置火源燃烧物的大小洞口为0．60m×0．60m，假定热释放速率是5．00MW。风扇可以正压送风，装备的大小为1．50m×0．10m×0．10m。在火源正上方位置和站台中间位置每1m处都添加一个热电偶，用来感应不同高度位置处的温度变化和烟气浓度以及CO2浓度。

1.2 数值计算

在发生火灾的情况下，车厢两侧的门都是打开状态，是为了便于排出烟气。站台一侧有四个屏蔽门与车厢的四个门相通，在每个屏蔽门的顶部有尺寸为0．2m×1．5m的开口模拟机械送风装置。在以下的分析中，我们模拟当地铁停靠站台的时候车厢内某处存在火源并且燃烧起来有大量烟气冒出，处于这样一种情况下时，比较在屏蔽门顶部没有安装机械送风装置的工况和有安装机械送风装置的工况下的烟气流动。

2 模型结果分析与比较

2.1 CO2浓度比较

送风装置会在屏蔽门处形成具有一定流动速率的风幕，有较强压力的风幕吹散烟气和CO2，这样CO2的浓度将会骤减使得火灾所产生的很少量的CO2直接从大屏蔽门冲进入站台；相反的而且是从屏蔽门的底部流入站台，这时的CO2量很多一部分已经被风幕阻隔在车厢内部。比较没有送风装置的处于屏蔽门中上方范围，有送风装置的范围被风幕吹到屏蔽门下方，即CO2浓度被风幕吹散至上方和下方，十分有效的减少了多数CO2涌漫入站台位置。

2.2 烟气速度比较

机械送风装置在屏蔽门顶部处正在向下送风，速度垂直向下，形成风幕；带有热量的烟气收到高速的风幕压力的影响，被高速的风向下压到屏蔽门底部，这样一来就只有很少量的烟气从屏蔽门的底部进入站台，可以看到图中蓝色点点箭头的方向的清晰转变，烟气速度方向形象的变成了一个螺旋的回字形，到达屏蔽门底部再平行站台底部，碰到站台内侧壁后在热浮力作用下，继续向上运动，之后才进入站厅。

3 结论

（1）没有装送风装置的时候站台处烟气浓度十分大，站台的CO2浓度很大，站台温度在屏蔽门顶部十分高以及火源切片温度很高都有着不利的影响。

（2）装有送风装置时，屏蔽门上方产生的风幕气流能够有效地隔离车厢内外的烟气流动，限制了气流的流出，不但只有少量的烟气、有毒气体和强烈高温并且不会影响车厢上的人员逃生进入站台，而且能有效抑制烟气流入站台，并能提高隧道排烟系统的排烟效率。最终也会对救援行动有十分大的帮助。

（3）日后对于已建好或未修建好的地铁，建议在屏蔽门顶部位置添加一个正压送风装置，设计其送风的速率可以为一定值。当火源处于车厢内也就是车厢内发生火灾时，地铁停车靠站便打开屏蔽门上的送风装置形成风幕阻止烟气流出。

[1]史聪灵,钟茂华,涂旭炜,邓云峰,符泰然,何理. 深埋岛式地铁车站站台火灾时烟气蔓延数值分析[J]. 中国安全科学学报,2006,(03):17-22+148.

[2]钟委, 纪杰, 杨健鹏. 含屏蔽门地铁站烟气控制系统有效性的热烟实验研究[J]. 铁道学报, 2010, 32(6):90-95.

[3]Simcox S, Wilkes NS, Jones IP. Computer simulation of the flows of hot gases from the fire at King’s Cross underground station. Fire Safety Journal, 1992, 18(1): 49-73.