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1、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10MMERSOL模型。隧道入口给出速度和温度边界条件,入口送风温度为环境空气温度20℃,出口给出压力边界条件。2.2火源设置关于地铁火灾强度的设置,香港地铁工程技术人员保守估计最大值为2MPLE算法,计算终止时间为火灾发生后600s,时间步长为1s,迭代收敛判据为10-3。边界条件的处理采用将其处理为各相应变量的源项的方法[7],计算网格采用正交的结
2、构化网格。3计算结果分析3.1临界风速的模拟结果分析关于隧道火灾的烟气控制,临界风速一直是隧道防排烟系统设计的一个重要参数,它与火灾强度、隧道几何形状、隧道坡度、壁面粗糙度以及火源的大小形状等因素有关。当纵向通风速度大于临界风速时,隧道内的烟气由原来的双向扩散变为单向扩散,从而可以为人员疏散和消防救援提供一条无烟通道。为了确定固定火灾强度下的临界速度,笔者分别模拟研究了纵向通风速度为2.0m/s,2.3m/s,2.6m/s和2.9m/s时的烟气扩散情况(火灾强度为10M/s之间。3.2临界风速下相邻区间隧道和联络通道内的烟气分
3、布在隧道发生火灾时,联络通道对人员疏散起着重要的作用,可作为疏散通道考虑,为研究火灾条件下联络通道的安全性,以2.9m/s作为着火区间隧道的纵向通风速度,在未着火区间隧道两端不送风、两端对送送风速度0.5m/s、两端对送送风速度1m/s以及两端对送送风速度1.5m/s四种情况下,研究分析烟气通过联络通道向未着火区间隧道的扩散情况,模拟结果如图4~7所示。从图4可以看出,在未着火区间隧道两端不送风的情况下,大量烟气将通过联络通道进入未着火区间隧道,并以联络通道为中心向两端对称扩散。图4a,4b中烟气已经充满整个未着火区间隧道,并
4、且呈现明显的分层现象,烟气的最大体积分数和温度位于未着火区间隧道中心的顶部,体积分数最大值为0.4左右,温度最高值为170℃,烟气在该隧道内的温度和浓度均已经达到了对人员生命构成危险的程度。从图4c可以看出,整个联络通道已经充满了烟气,烟气的体积分数最大值为0.4左右,联络通道底部的烟气体积分数也已达到了0.1。图4d中联络通道顶部烟气温度的最高值为210℃左右,联络通道底部的烟气温度在70~80℃之间,人员将无法安全通过联络通道进行疏散。从图5a可以看出,在0.5m/s的两端对送送风速度下,未着火区间隧道内仍然布满了大量的烟
5、气,只是烟气的体积分数最大值为0.09左右,比图4a中的有所减小。此时未着火区间隧道内烟气的温度与送风气流温度差不多,为20℃左右,不会对人员生命构成危险。从图7b,7c可以看出,烟气在联络通道内的温度和体积分数平均值比两端不送风时大大减小,高温区位于联络通道顶部,影响距离大约为一个隧道宽度,其他大部分区域的温度值在20℃左右。从图6a可以看出,在两端对送送风速度为1m/s的情况下,未着火区间隧道仅在中央很小一部分范围内有烟气分布,但烟气体积分数最大值也仅有0.015左右,此时未着火区间隧道内烟气的温度为20℃左右,从温度和浓
6、度两方面来考虑可以认为该区间隧道是安全的。图6b中联络通道内绝大部分区域的烟气体积分数为0.015左右,烟气主要分布在联络通道上部区域。图6c中联络通道内绝大部分区域的温度为20℃左右,已无法对人员生命构成危险。从图7a可以看出,在1.5m/s的两端对送送风速度下,未着火区间隧道内已经没有烟气,此时该区间隧道内的温度为20℃左右。从图7b,7c可以看出,联络通道内已基本上成为安全的无烟区,人员可以安全地通过联络通道进入未着火区间隧道进行避难。此时,未着火区间隧道内完全没有烟气进入,可以作为安全的人员避难通道使用。3.3临界风速
7、下联络通道中心断面的速度分布图8给出了未着火区间隧道四种不同通风方式下联络通道内的速度分布情况。从图8a可以看出,在未着火区间隧道两端不送风的情况下,烟气沿联络通道顶端以较大的速度从着火区间隧道进入未着火区间隧道,联络通道内的速度最大值为3m/s左右。图8b中由于未着火区间隧道两端对送送风形成正压,导致联络通道内下部有通向着火区间隧道的气流,但联络通道上部仍有部分烟气扩散进入未着火区间隧道。图8c中联络通道内指向着火区间隧道的风速较大,最大值为5m/s左右,仅有极少量烟气从联络通道顶部进入未着火区间隧道内。图8d中联络通道内的
8、风速为6m/s左右,烟气在联络通道内的扩散完全得到了抑制。考虑到6m/s的风速人是可以承受的,因此未着火区间隧道两端的最佳送风速度应该控制在1~1.5m/s之间。4结论4.1比较分析了带有一个联络通道的区间隧道火灾常见的四种通风排烟模式,得出了当列车停靠在靠近中部联络通道位置
