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地铁火灾燃烧特性及列车安全运行的理论分析与实验研究

作　者: 屈璐
导　师: 陈超
学　校: 北京工业大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 地铁区间火灾 热释放速率 空气流动特性 模型实验与数值模拟 安全行驶速度
分类号: U231.96
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 304次
引　用: 4次
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内容摘要


随着城市地铁的大规模建设,地铁火灾以及地铁安全问题已成为人们日益关注的重要问题。对于列车在区间隧道内着火的情况,目前国内外很多规范都要求在可能的情况下将列车开往前方车站进行疏散救援。列车携带火源在区间高速行进,将存在“风助火势”,加剧火情发展的隐患。地铁列车在区间隧道中运行时如果发生火灾,影响火灾发展过程的因素主要有两方面:火灾本身可燃物的燃烧特性和周围流场对火灾燃烧的影响。为此,本研究从燃烧学的角度,分析了地铁火灾初期可能的可燃物及其燃烧特性,并且对地铁火灾火源大小的确定进行了综述性分析;对地铁火灾中可能的可燃物的发烟量及其毒性进行了初步;并基于氧消耗原理测量火灾中燃烧热释放速率的基本原理,研究了地铁隧道火灾中可燃物的热释放速率及其影响因素;在此基础上,进一步研究了地铁列车火灾烟气的产生及其发展规律;最后,结合实验的方法,研究了不同风速下对火灾中燃烧物热释放速率的影响规律,定量的评价了风速对火灾热释放率的影响。另一方面,在区间隧道高速行驶的列车发生火灾,其周围会产生高速运动的相对气流,并携带大量氧气供给燃烧火源,催速火灾的发展和蔓延。为此,本研究依据空气动力学、计算流体力学的基本理论和方法,建立了关于地铁列车区间隧道运行的气流流动湍流模型,并借助CFD数值模拟软件,研究了地铁列车运行时其周围的流场特性,并以热释放速率作为评价火灾大小的标准,评估列车周围流场对火势发展的影响程度。首次创造性地提出了地铁列车运行时如果发生火灾,其安全运行的行驶速度,研究成果对实际地铁工程中的火灾应急预案的制定提供了重要的参考依据。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 问题的提出  10-12
    1.1.1 运行地铁列车火灾  10-11
    1.1.2 运行地铁列车火灾的研究意义  11
    1.1.3 研究思路和方法  11-12
  1.2 国内外地铁火灾研究现状  12-15
    1.2.1 国外研究现状  12-14
    1.2.2 国内研究现状  14-15
  1.3 本研究特点及创新点  15
  1.4 本文的主要研究内容  15-17
第2章 火灾学理论基础  17-27
  2.1 火灾发展的基本过程  17-18
  2.2 火灾中的热释放速率  18-22
    2.2.1 热释放速率（HRR）的概念  18-19
    2.2.2 设定火灾热释放速率模型[38]  19-21
    2.2.3 热释放速率的实验测试方法  21-22
  2.3 地铁火灾特点分析  22-25
    2.3.1 地铁火灾的起火原因  22
    2.3.2 地铁列车火灾载荷的确定  22-24
    2.3.3 地铁火灾中的烟气  24-25
  2.4 运行地铁列车火灾中的影响因素  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章 地铁火灾实验  27-48
  3.1 热释放速率的计算  27-34
    3.1.1 基于氧消耗原理测量热释放速率的方法  27-33
    3.1.2 断面氧气浓度的测量  33-34
  3.2 实验方法及测量手段  34-35
    3.2.1 区间模型实验台简介  34
    3.2.2 测量方法及手段  34-35
  3.3 地铁区间火灾热释放速率实验  35-43
    3.3.1 实验方案及条件  35-36
    3.3.2 实验结果分析  36-43
  3.4 风速对火灾影响实验  43-47
    3.4.1 实验方案及条件  43-44
    3.4.2 实验结果分析  44-47
  3.5 本章小结  47-48
第4章 物理模型及数值方法  48-70
  4.1 粘性不可压缩流体运动特性  48-56
    4.1.1 粘性不可压缩流体的层流运动  48-52
    4.1.2 粘性不可压缩流体的湍流运动  52-56
  4.2 湍流模型  56-61
    4.2.1 湍流粘性系数法  57-58
    4.2.2 k-ε两方程模型  58-61
  4.3 壁面函数法  61-64
  4.4 CFD数值模拟方法  64-68
    4.4.1 非结构化网格  64-65
    4.4.2 流体流动问题数值计算的主要步骤  65-67
    4.4.3 控制方程的离散  67-68
  4.5 本章小结  68-70
第五章 运行地铁列车周围流场特性  70-82
  5.1 地铁列车运行特性  70-71
  5.2 数学模型和数值方法  71-73
    5.2.1 三维地铁区间隧道模型  71-72
    5.2.2 控制方程  72
    5.2.3 初始条件和边界条件  72-73
  5.3 模拟计算结果及分析  73-80
    5.3.1 列车壁面附近流场分布  73-75
    5.3.2 列车上不同部位处周围空气速度场分布  75-77
    5.3.3 列车运行速度与周围空气相对速度的关系  77-80
  5.4 列车携带火源行进时的安全行驶速度问题  80-81
  5.5 本章小结  81-82
第六章 地铁列车区间隧道运行时的安全性分析  82-85
  6.1 列车在区间运行着火时的安全行驶速度  82
  6.2 运行地铁列车火灾的疏散策略及时间  82-84
  6.3 本章小结  84-85
结论  85-87
参考文献  87-92
攻读硕士学位期间发表的学术论文  92-93
致谢  93

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 特种铁路 > 地下铁路 > 地铁防火
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