地鐵隧道火災(zāi)中回燃現(xiàn)象的模擬研究.pdf

1、隨著城市社會經(jīng)濟的發(fā)展，地鐵系統(tǒng)以其獨特的優(yōu)勢成為最重要的城市交通工具之一。同時，地鐵安全隱患也增加，各種事故和災(zāi)害呈增長趨勢。其中以地鐵火災(zāi)最具可能性和危害性，成為地鐵安全問題的關(guān)注焦點和研究熱點。本文結(jié)合國家科技部重大基礎(chǔ)研究前期專項研究項目“地鐵火災(zāi)過程的非線性相似性規(guī)律和?；椒ǖ难芯俊钡难芯績?nèi)容，采用理論分析、模型實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對地鐵隧道火災(zāi)回燃這一典型非線性現(xiàn)象開展研究。主要研究內(nèi)容是： (1)從理論上分

2、析地鐵隧道火災(zāi)中存在回燃現(xiàn)象的可能性。通過對腔室火災(zāi)回燃產(chǎn)生條件進行分析和對地鐵隧道火災(zāi)回燃模型實驗進行觀察，發(fā)現(xiàn)腔室火災(zāi)回燃現(xiàn)象與地鐵隧道火災(zāi)回燃現(xiàn)象之間既類同又存在一定差別。根據(jù)模型實驗數(shù)據(jù)，參考目前國內(nèi)外關(guān)于腔體回燃的研究成果，結(jié)合地鐵隧道自身的結(jié)構(gòu)特點以及隧道火災(zāi)的特征，可以初步確定地鐵隧道火災(zāi)中可能存在回燃現(xiàn)象，腔體回燃的研究結(jié)果不能直接應(yīng)用于地鐵隧道火災(zāi)回燃現(xiàn)象的研究。 (2)通過液體正庚烷燃燒的模型實驗再現(xiàn)地鐵隧道

3、火災(zāi)回燃現(xiàn)象，驗證了理論分析的正確性。并對產(chǎn)生回燃的臨界條件、點火延遲問題以及抑制手段進行了研究。為了進行隧道火災(zāi)回燃實驗，對現(xiàn)有的1：8地鐵隧道火災(zāi)模型實驗裝置進行了改造。該裝置設(shè)有通風(fēng)排煙系統(tǒng)和風(fēng)量控制閥門，風(fēng)機采用變頻控制方式，可以提供不同的氣流條件。利用風(fēng)速傳感器、熱電偶傳感器、煙氣組分分析儀等測量模型內(nèi)的通風(fēng)風(fēng)量、煙氣溫度和組分濃度，數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動采集。同時，攝像系統(tǒng)記錄了燃燒——熄滅——回燃的整個過程。比較溫度、組分濃度等參數(shù)

4、對地鐵隧道回燃產(chǎn)生的影響，計算和分析表明：地鐵隧道回燃產(chǎn)生的決定性參數(shù)是模型內(nèi)的燃料揮發(fā)份的質(zhì)量百分比，當它達到某一臨界值時，回燃必然產(chǎn)生；自然通風(fēng)時的點火延遲主要由可燃混合氣形成及其到達點火源所需要的時間引起；機械通風(fēng)時的點火延遲主要由點火源的溫度達到可燃混合氣的著火溫度所需要的時間引起；提高新鮮空氣的濕度可以抑制回燃的產(chǎn)生，新鮮空氣的溫濕度和通風(fēng)風(fēng)量之間存在優(yōu)化組合值。 (3)應(yīng)用突變理論對地鐵隧道火災(zāi)回燃的突變行為進行分析

5、。根據(jù)本文的隧道回燃模型實驗數(shù)據(jù)，結(jié)合腔體回燃的研究成果，可以確定地鐵隧道回燃是一種典型的突變行為。進一步分析回燃系統(tǒng)的控制參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)的個數(shù)，發(fā)現(xiàn)隧道回燃系統(tǒng)有三個控制變量和一個狀態(tài)變量，從而確定了地鐵隧道回燃屬于燕尾突變，并進一步在燕尾突變的分岔集上找到了工況點不可達區(qū)和工況區(qū)。 (4)采用CFD軟件PHOENICS對地鐵隧道回燃前的煙流分布進行了數(shù)值模擬計算，得到了回燃前在自然通風(fēng)和強迫通風(fēng)條件下的煙氣速度場、溫度場和煙