地铁火灾cfd模拟时边界条件的研究

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1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果地铁火灾CFD模拟时边界条件的研究摘要：本文对地铁车站及隧道内火灾通风排烟过程中的空气流动特性进行了数值模拟.对模拟边界提出了简化模型，即当某一个车站发生火灾时，计算区域可以只考虑其两端各一个车站和各两个区间;当某一区间发生火灾时，计算区域只需考虑该区间两端各两个车站和各一个区间.上面两种情况下，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.关键词：地铁火灾;边界条件;应急预案;疏散;通风排烟1引言对于从地铁网络中切割出来

2、的车站或者区间火灾烟气流动的数值模拟来说，一般只有给定所有与外界相通状态的相关参数(包括流速、压力、温度等)，模拟计算才可以进行.模拟计算所需边界条件的确定，是影响模拟结果可靠性的一个主要因素.目前，国内外在研究地铁火灾时，一般通过现场测试和计算机模拟获得模拟所需的边界条件.相当多的研究人员[]就是通过现场测试，获得了模拟所需要的边界条件。但是由于现场实验的可操作性不强。因此对于大部分所研究的地铁车站只能采用计算机模拟的方法课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定

3、实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果来得到边界条件.现在有很多研究人员[3]利用成熟的地铁环控模拟软件SES对正常情况下的车站及区间隧道火灾进行模拟研究，把SES的结果作为CFD三维计算流体力学模拟研究的边界条件来对地铁车站火灾进行分析.但是SES是一维模型，多用来研究一维区间隧道的火灾模拟，而且若要比较准确地得到某个截面的平均物理量，需要预先设置大量的经验常数和几何参数.因此，对于研究包括空间较大的车站烟气的三维流动的准确性具有很大的局限性.本研究利用CFD方法对数值模拟区域的边界进行了综合考虑，通过与现场实验结果

4、进行比较，确立了一种比较方便准确确定地铁车站或者区间CFD模拟的边界条件方法，即所谓的“连体模型”方法.2物理模型如图1所示，是由多个车站及区间组成的“多连体”.当火灾发生在车站D时，车站D和相邻两区间C,E的应急通风排烟风机开启;当火灾发生在区间E时，区间E和相邻两车站D、F的应急通风排烟风机开启.课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果“连体模型”的基本思想如下:(a

5、)对于车站的数值模拟，为了获得车站D两端的断面风速，把“区间A一车站B一区间C一车站D一区间E一车站F一区间G(三车站一四区间)”当作一个整体来考虑。首先将车站B、车站D和车站F的计算模型简化，由于区间A和区间G均与车站相连，而且车站有通道直接与外界大气相通，认为车站压力即是大气压力，与区间A和区间G相连的远端车站对所研究的车站D的影响忽略，区间A和区间G相连远端可假设自由开口边界条件，即两端面开口，(b)对于区间的数值模拟，为了获得区间E两端的断面风速，把“区间C一车站D一区间E一车站F一区间G(两车站一三区间)”当作一个整体来考虑.首先将车站D和车站F的计算模型简化，区

6、间A和区间G相连远端可假设自由开口边界条件.把计算得出的结果作为相应的单个车站或者区间进行数值模拟计算的边界条件。3数学模型及计算方法基本控制方程.2数位计算方法本研究的数值模拟使用PHOENICS软件，计算用的是标准的k-ε湍流模型.数值计算在直角坐标系中进行，网格采用结构化网格，内节点法，节点位于控制容积的中心.4数值模拟结果及与实验结果的比较车站发生火灾时的计算模型及结果不同风机风量的结果比较本研究对北京某地铁线路的冷烟现场进行实际测量，车站和区间风机单台额定风量为5m3/s，两台风机并联独立运行的测试风量为/s和/s，其平均值为/s，与风机的额定风量接近，由于风机的

7、额定风量容易获得，对风机风量设置为某一测试值/s和110课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果m3/s分别进行了模拟研究。比较结果如图2，可看出风机风量取两台风机并联的额定风量时，模拟结果接近于现场实测值..模型简化出入通道结果的比较用“连体”模型进行模拟计算时尽量将人行出入口通道简化，这样可以使计算网格划分均