2 火灾模拟场景设计

　　2.1 火灾热释放速率的确定

　　火灾热释放速率是描述火灾强度的主要指标.关于各种车辆的热释放速率仅有很少的公开数据.对于旧式车厢,由于其内部结构和坐椅是用可燃材料做成的,其最大热释放速率可达15MW[1],甚至更大.对于国内新投入运行的地铁车辆,由于其结构都是不燃或阻燃材料组成,考虑安全系数,车辆着火时热释放速率取为7.5MW.而旅客的行李着火时,其最大热释放速率一般认为不超过2MW.为简化运算,各方案计算时没有考虑火灾的发展过程,热释放速率取最大值计算.

　　2.2 模拟场景设计

　　模拟将以典型的双层地铁车站为背景,选择其中一个楼梯口(受计算机资源所限)为模拟对象,对火灾时地铁车站站台与站厅间临界通风速度进行研究.

　　模拟空间的基本尺寸[4]为:1)地铁车厢(长×宽×高)为22m×3m×3.8m;2)站台公共区(模拟区:长×宽×高)为50m×16m×3m;3)楼梯口高度(即进风口高度)(H)2.3m;4)楼梯口处宽度(B)2m;5)挡烟垂壁高度(Hc≤Hz-H)0～0.7m.

　　3 模拟方法及结果分析

　　3.1 FDS场模拟软件

　　FDS(firedynamicssimulator)是由NIST开发的计算机场模拟软件,适用于因火灾引起的烟雾和热传输规律的研究[5-6],其基本原理是将模拟空间进一步划分为许多微元控制体(可能有成千上万个),以微元控制体为基本计算单位.假设各微元控制体内的物理量(如:温度、压力,速度、密度、热释放速率、烟雾组分等)是同一的,它们随时间的变化而变化.利用计算流体动力学基本方程(连续性方程、动量方程、能量方程、化学组分方程和状态方程)进行求解,计算出不同时间不同位置的各种物理量(如:烟气的温度、组分和速度等).FDS具有功能强大,模拟结果可靠等特点.本文将利用FDS软件对不同条件下站台与站厅间所必需的临界通风速度进行模拟研究.

　　3.2 模拟方法

　　根据上面确定的模拟场景,借助FDS场模拟软件进行模拟.首先固定火灾热释放速率或挡烟垂壁高度等条件,通过反复改变排风口的通风量大小来考察楼梯口的烟气流场,直到烟气恰好被控制住为止,则此时的通风量即为该火灾热释放速率或挡烟垂壁高度等条件的临界通风量.根据软件所具有的功能,可以查出该条件下的地铁车站站台与站厅间通风速度v*,即为该条件下的临界通风速度v*.然后改变火灾热释放速率和挡烟垂壁高度等条件,再按前述方法求得临界通风速度.反复上述步骤,即可得到不同火灾热释放速率或挡烟垂壁高度等条件下的地铁车站站台与站厅间临界通风速度的变化规律.

　　3.3 火灾热释放速率和挡烟垂壁高度对临界通风速度的影响

　　如上所述,分别改变热释放速率和挡烟垂壁高度,确定出不同热释放速率和挡烟垂壁高度条件下通过站台与站厅间的楼梯通道向站厅扩散的烟气量为零时的临界通风速度v*,就可以得出不同的热释放速率、挡烟垂壁高度与临界通风速度相对关系,如表1所示.

　　根据表1,可得挡烟垂壁高度、热释放速率与临界通风速度的关系如下(其相关度R达0.975)

　　v*=1.462-0.647Hc+0.257q, (2)

　　式中:v*为临界通风速度,m/s;q为火灾热释放速率,MW;He为挡烟垂壁高度,m.

　　分析表1和式(2)可以看出:火灾热释放速率和挡烟垂壁高度的大小是影响火灾时地铁车站站台与站厅间临界通风速度v*的主要因素.临界通风速度v*不是一个定值,它与火灾热释放速率成正比,挡烟垂壁高度成反比.

　　因此,地铁车辆应尽量选用难燃的材料,以降低火灾时的热释放速率;虽然挡烟垂壁高度受站台净空高度和楼梯口高度的限制,可能的取值范围很小,但也应尽量增加挡烟垂壁高度.

　　3.4楼梯口尺寸对临界通风速度的影响

　　根据规定[4],站厅与站台间的楼梯口处宜设挡烟垂壁,挡烟垂壁下缘至楼梯踏步的垂直距离不应小于2300mm.因此,为增加挡烟垂壁的高度,楼梯口的高度应尽量

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