文摘

铁路是中国主要交通方式包括中国大陆、台湾和香港。顺向很多大纵火和意外火灾在公共交通系统包括火车和巴士,客运列车防火安全是一个问题。与计算流体动力学数值模拟确定火灾场景与典型的火车车厢在中国将会报道。第一个点燃项目的热释放率作为输入参数。其他可燃物的质量损失速率的燃料蒸汽估计预测结果由燃烧放热率模型软件。结果空气流量、速度矢量、温度分布、烟气层高度,火车车厢内和烟雾扩散模式进行了分析。结果有助于制定相应的消防安全措施,火车汽车和确定为地铁车站、铁路隧道设计火灾。

1。介绍

铁路的主要功能是支持大规模交通密集的城市地区在远东(1,在中国尤为重要2]。大城市的交通载荷的铁路非常重。大量的乘客会在火车车辆停留一个小时。封闭列车车辆挤满了乘客。可燃的内容可以高,根据列车设计和行李的乘客。顺向如此多的事故在远东地区公共交通工具,包括总线火灾燃烧整个车辆在15分钟内(例如,3])和纵火地铁火灾(4,5),消防安全的公共交通系统现在是一个问题。

如果发生火灾,吸烟甚至火焰将车厢内迅速蔓延,威胁乘客的生命安全,导致巨大的财产损失。一长串的消防安全需求指定的铁路系统。这样的要求是否合理必须关注。重要的是研究火灾和烟雾蔓延在客运列车,确保安全疏散乘客和减少财产损失。

综述了(6),这些问题在铁路系统火灾可分为火车汽车,地铁车站,铁路隧道。列车火灾研究很广泛在过去的十年。例子是火车火项目(7- - - - - -9]在美国;这些作品在旅客列车车辆(10,11在澳大利亚;大邱火(12,13]在韩国和欧洲的作品[14- - - - - -16]。作品在美国提出(7- - - - - -9]在火车车厢的消防安全设计,材料选择,设计火灾探测和抑制系统和紧急疏散。在澳大利亚进行了全面的测试(10,11)火灾和烟雾蔓延在旅客列车。尤里卡(合作项目15)是由欧洲九个国家从1990年到1992年。全面对火车进行燃烧测试(包括隧道14研究火灾规模和安全,总结提出了(16]。火灾的风险和可能的后果在一节列车车厢内研究了周润发(17,18]。建议在火车的消防安全设计(18]。

铁路运输在中国(大陆、香港和台湾)是发展迅速。高速列车(那些旅行速度超过每小时250公里)将关键传输介质。提供适当的消防安全设计(6]。

在这篇文章中,将研究列车车辆火灾环境计算流体动力学(CFD) [19]。火灾动力学模型模拟FDS 4.0.6 [20.,21)开发的建筑和火灾研究实验室,美国国家标准与技术研究所的使用。典型的火车在中国与两扇门打开被认为是结束。第一个点燃项目的热释放率作为输入参数。空气速度矢量、温度分布、烟气层界面高度,火焰和烟雾扩散在火灾持续时间预测。

2。CFD模型

CFD软件FDS (20.,21]本文选择模拟火灾在一个典型的火车车。吸烟(包括携入的空气,燃烧的产品和未燃尽的燃料气)产生火灾被认为是弱理想气体可燃低马赫数流动。的n - s方程进行推导出流与过滤22]。动荡的一部分可以通过直接数值模拟(DNS)或大涡模拟(LES) [19- - - - - -22]。本文采用LES。

燃烧和辐射FDS模型下发展。可以选择两种燃烧模式,这取决于底层网格的分辨率。扩散的燃料和氧气直接建模对于全球一步的DNS,有限速率化学反应。混合分数燃烧模式20.- - - - - -23基于快速反应的假设和层流扩散火焰用于莱斯。这将解决燃料和氧气的扩散,当网格不够好。此外,内部的辐射吸收气体烟雾层也被认为是。

本文混合分数模型是用来描述火灾的燃烧过程。模型是基于假设燃烧混合控制。所有物种的利益被混合分数。这一个守恒量代表物种的一部分在一个给定的点起源于燃料。混合断裂将满足守恒定律:

每个物种的质量分数之间的关系和混合分数被称为“国家关系。“国家关系的氧气质量分数将提供必要的信息计算当地的氧气质量消费率。

当地的热释放率当地耗氧率的计算,假设成正比的耗氧率和独立的燃料。通过求解运输氧浓度方程质量损失率的氧气可以推断。一旦确定了耗氧率,乘以每单位质量释放热量的氧气消耗会给当地的热释放率

注意,混合物分数方程的偏差(1)并不一定局限于快速化学反应。

选择Smagorinsky常数在应用莱斯是很重要的。这一点在模拟分析了闪络火灾(24]。的值是0.2。同时施密特数和紊流普朗特数为0.5。

3所示。数值实验

典型的火车车厢在远东和几何布局如图1被选中。列车车厢的尺寸长度20.0米,宽3.2米,高2.6米。火灾环境引起的火灾模拟训练。火是如图的位置1(一)。表列出了可燃物在火车车厢1。

研究了烟气层高度在点P1 P6。垂直温度概要文件在位置A, B, C, D,如图1 (b)进行了研究。沿中心线位置和D是门上方的两端,各有6分垂直。有五个垂直点位置B和C。

打开火焰热释放率的250千瓦的热释放率作为第一个点燃。热释放率线性增加到250千瓦的最大值1 s,保持在这个值到200年代,然后在250年代线性下降为零。

两个开门设定在双方的火车车厢,和开放的外部边界集。在开放的外部边界,一个术语表达压力,取决于流外向或传入的规定是: 即将离任的边界条件假定扰动的压力在一个即将离任的边界,是零吗沿着流线是恒定的。传入的边界条件假设是零无限遥远。在两个网格之间的边界,压力边界条件相似,在外部开放边界,除了流进来的,来自相邻网(20.]。

火车车厢内其他易燃物点燃会产生热量,然后随后点燃更多的对象。火车车厢内的热释放速率曲线如图所示2。没有其他机会除了火车门在两端。随着燃烧区远离门,外面的新鲜空气不能迅速提供。热释放率达到最大值4.8 MW的70年代。价值开始下降到2千瓦到270年代然后摔倒为零在270年代。结果可用于确定设计火(14,16,17对地铁车站、铁路隧道)。

4所示。Fire-Induced流

空气速度矢量在中央平面(米)的源数据所示3(一个)来3 (f)。火燃烧最初只有一个小区域。火长大,观察更大的空气循环,直到流到了墙两端的火车。

温度分布在中央平面(米)数据所示4(一)来4 (f)。瞬态温度曲线为1.8米、1.4米和1.1米位置A, B, C, D所示数据5(一个)来5 (d)。

从数据中观察到的,在这三个高度最高温度可能超过200°C。最大值是450°C在位置C靠近火。如此高的温度会对生命构成风险。应采用合适的安全措施,降低室内温度。

5。火焰蔓延

火焰和烟雾的FDS的后处理程序可以显示Smokeview [20.,21]。手册中讨论,火在默认情况下是彩色的黑暗阴影的橙色无论热释放率计算单位体积超过用户定义的截止值。这个截止值所需的热释放速率是指在一个节点称之为“火”而不是“烟”。透明度或光学厚度指定的火是可视化的火焰深度为50%。采取一个更小的值会给一个不透明的火,将一个透明的火和高价值。

预测火焰蔓延的火车车厢里十年代,70年代,200年代和270年代开始燃烧后第一个对象数据所示6(一)来6 (d)。

6。烟雾蔓延

观察在火灾事故中,烟雾扩散更比火焰蔓延的威胁。烟气层高度点P1 P6如图7。点P4和P5大致对称的第一个点燃条目如图1 (b)。可以看出烟气层高度曲线在点P4和P5基本上重叠。针对这一点,数据点P4与他人进行比较,如图7。

点P1和P6靠近门,烟气层高度高于其他三个点。烟气层高度增加,距离火源。烟气层高度下降到低于1米所有的点,除了一点P6。这种情况会影响疏散。

采取的方法显示烟Smokeview [19,20.)是显示一系列平行的平面,将彩色的黑烟。透明度值估计通过使用与时间有关的烟尘密度计算相应FDS模拟的网格间距。调整幻灯片在一定的时间间隔通过吸烟占不同的路径长度不同的视图的方向。所有的飞机都是由图形硬件组合在一起形成一个图像。烟“飞机”可能是可见的在某些角度的看法。改变视角稍微将烟显得更加均匀。

火车车厢内的烟雾扩散过程数据所示8(一个)来8 (d)。火焰蔓延,烟气层高度继续下行。当火被扑灭易燃材料燃烧在270年代,烟气层高度开始逐渐向上移动如图8 (d)。

7所示。结论

本文在远东地区一个典型的火车车厢用FDS模拟4.0.6 [20.,21]。结果表明,严重的后果会导致火车车厢火灾由于小的封闭空间。应提供适当的灭火和排烟系统来降低室内温度和保持高烟层。

火焰传播取决于列车车厢内的材料,温度和烟气层高度的模拟结果为不同可燃物会有所不同。结果热释放率如图2在确定设计火灾(也有用14- - - - - -18对地铁车站、铁路隧道)。包括活动火灾荷载可以给一个更大的火比指定的共同点指南(25,26]随着指出[16,18]。

承认

本文中描述的工作部分支持理大资助项目“长车辆隧道方面的大火灾”帐户号码。G-U842。