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屏蔽门对岛式站台隧道火灾烟气扩散的影响
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内容提示：目的分析地铁列车前部发生火灾功率为7.5MW的火灾情况下,屏蔽门开启数量的不同对火灾烟气扩散的影响.方法运用FLUENT软件对列车前部起火的隧道火灾进行了模拟,选择了屏蔽门全部开启和关闭靠近火源一侧的8个屏蔽门两种情况进行了数值模拟,并对模拟结果进行了比较分析.结果关闭靠近火源一侧的部分屏蔽门,可以使烟气得到更好地控制,扩散到站台的烟气量较少,更利于人员的疏散.结论在发生隧道火灾时,合理地
摘 要:目的分析地铁列车前部发生火灾功率为7.5MW的火灾情况下,屏蔽门开启数量的不同对火灾烟气扩散的影响.方法运用FLUENT软件对列车前部起火的隧道火灾进行了模拟,选择了屏蔽门全部开启和关闭靠近火源一侧的8个屏蔽门两种情况进行了数值模拟,并对模拟结果进行了比较分析.结果关闭靠近火源一侧的部分屏蔽门,可以使烟气得到更好地控制,扩散到站台的烟气量较少,更利于人员的疏散.结论在发生隧道火灾时,合理地选择屏蔽门开启数量可以为地铁站台内人员的疏散创造有利的条件.
关键词:屏蔽门;岛式站台;隧道火灾;烟气扩散;疏散
在发生火灾时,高温有毒烟气是危害人员生命安全的主要因素.[1]由于地铁空间相对封闭,出入口较少,人员密集,疏散难度大,一旦发生火灾,高温有毒浓烟会直接危害到人员的生命安全;同时由于能见度降低,加上人员的恐慌心理,给人员顺利疏散带来很大的困难.如何对烟气的扩散进行有效控制,在6min之内,将人员全部撤离到安全的地带是人们最为关心的问题.[2-7]屏蔽门系统以其节能、安全、增加候车人员的舒适性等优点,在地铁工程中得到了广泛的应用.[8]安装了屏蔽门系统的地铁站台与没有安装屏蔽门系统的站台相比,火灾的安全性得到了很大地提高.[9]但是,屏蔽门开启的数量以及开启位置的不同对火灾烟气扩散的影响,现在还很少有人研究.
笔者选取2个疏散扶梯位于站台一侧的地铁车站为研究实例,并建立模型,假设火源位于隧道中部进行数值模拟,并与实验结果进行对比验证.在火源位于疏散扶梯口同侧的最不利情况下,针对不同的屏蔽门全开和半开方式进行模型应用,分析地铁隧道火灾烟气的扩散规律和屏蔽门的最优化管理.
1 模型建立及验证
该地铁车站的站台结构示意图,见图1.隧道全长138m,宽4.5m,高4.5m.有效站台长72m,宽12m,高4.5m;两侧迂回风道关闭,活塞风井开启;站台层与上部站厅层通过2组扶梯连接,其开口连通部位的净空尺寸(长宽)为2.5m×2m.站台单侧共设置16个屏蔽门,头尾屏蔽门尺寸为1.6m×2.2m,其他屏蔽门为2.0m×2.2m.从靠近扶梯口一侧对屏蔽门进行编号1~16.
只考虑一侧隧道以及站台的情况,将另一侧屏蔽门全部关闭.假设火源1位于隧道中部,最大火灾功率为7.5MW,火源在180s达到峰值后一直维持在峰值状态.在发生火灾以后,站台排烟口和轨顶排烟口同时开启.不考虑隧道区间强制通风.活塞风井采用的是自然通风方式.选择屏蔽门全部开启的情况进行模拟,并与史聪灵、钟茂华等人的实验结果[10]进行比较.在同样的地铁车站上,史聪灵等人假设火源强度在600s达到峰值,实验结果表明,3~9min内烟气被控制在站台中心线两侧28m范围内.笔者火灾模型的60~180s时间段就相当于参考文献[10]的模型中200~600s时间段.图2为60s和180s时刻隧道过火源断面X轴线方向的CO2质量浓度分布云图.
从图中可以看到3min时烟气基本被控制在火源中心位置两侧的20~30m之间.表明了笔者所建立的模型是合理的.
2 模型应用
以同样的地铁站台作为几何模型,边界条件同上.假设火源位于列车前部(火源2),具体位置见图1.选取最大火灾强度为7.5MW,火源在180s达到峰值后一直维持在峰值状态.选取两种工况进行模拟和对比分析:一种是屏蔽门全部开启的情况(简称全开);另一种是关闭靠近火源一侧的8个屏蔽门的情况(简称半开).
测点的选取具体位置为:在各屏蔽门的x轴方向中心位置1.5m高处、两扶梯口的中心位置、站台上选取3个测点,各个测点的坐标分别为(10,1.5,0)、(30,1.5,0)和(51,1.5,0).坐标的设置以及测点布置见图1.
2.1 屏蔽门全部开启情况
图3为屏蔽门全部开启时360s时刻屏蔽门处的CO2质量浓度变化,图4为360s时刻2号屏蔽门处垂直于X轴的中心切面的CO2质量浓度变化.从图3可以看出360s时,烟气层已降到前8个屏蔽门以下,对图4的分析可以看出烟气通过屏蔽门进入站台的烟气量并不多.大量烟气被轨顶排烟口所排走,少量进入站台的烟气也经由站台上方排烟口排出站台.隧道内的气流方向由图5可以看出,左侧活塞风井以及两侧隧道入口为主要的空气入口,烟气主要通过顶部排风和右侧活塞风井排出隧道.少量烟气由屏蔽门上部通过气流的卷吸作用进入站台;站台的新鲜空气由屏蔽门下部进入隧道.选取8个屏蔽门的监测点得到CO2的质量浓度变化.如图6、图7所示.
两个扶梯口的气流速度值及其变化规律如图8和图9所示.从图8可以看到两个扶梯口处向下气流的速度都在0.6~0.7m/s,虽然没有达到规范中要求的1.5m/s的向下气流速度,但两个扶梯口测点的CO2质量浓度一直为零.表明进入站台内的烟气都已经被站台的排烟口排出,烟气并没有通过扶梯口扩散到上层的站厅层.
2.2 1~8号屏蔽门关闭情况
与屏蔽门全部开启的情况进行比较,两种工况的烟气层高度没有太大的变化.整个排烟系统对于两种工况的高温烟气都实现了很好的控制,但是在分析了图4与图9关于360s时刻过火源中心X轴方向切面的速度场之后,发现两种工况的隧道内气流规律大体相同,但第二种工况隧道内的气流速度明显高于第一种工况.1~8屏蔽门关闭的情况左侧活塞风井的空气流速为0.7m/s左右;全开屏蔽门的情况左侧活塞风井的空气流速为0.55m/s左右.原因在于关闭了一半的屏蔽门之后,经由站台流入隧道的空气量有所减少,导致从活塞风井以及两侧隧道流入的空气量有所增加,气流速度增大.
将图10与图6和图7相比较会发现,第二种工况下屏蔽门处测点的CO2质量浓度普遍小于第一种工况,这就说明进入站台的烟气量也少于第一种工况.另外,在对站台上3个测点的两种工况的烟气质量浓度变化进行了比较之后(见图11),可以发现,直到360s时刻,也没有烟气扩散到第二种工况的站台1、3测点位置,这说明第二种工况对烟气的扩散实现了更好地控制.
3 结 论
从分析中可以看出,虽然关闭部分屏蔽门以后,造成列车内人员疏散通道有效宽度的减少,但是可以有效地阻止烟气扩散进入站台,从一定程度上保障了人员疏散的顺利进行.在发生隧道火灾的情况下,根据火灾起火位置、火灾功率等因素来对屏蔽门的开启进行优化管理,可以为人员的安全疏散创造有利的条件.
参考文献:
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原文网址：http://www.pipcn.com/research/200809/9014.htm
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