基于FDS的车厢火灾烟气流动的数值模拟分析_葛江

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　　　　　工业安全与环保　　

IndustrialSafetyandEnvironmentalProtection

　　　　　June2012

2012年第38卷第6期

基于FDS的车厢火灾烟气流动的数值模拟分析

葛江

(西南交通大学交通运输与物流学院　成都610031)

摘　要　使用FDS火灾模拟软件对列车车厢进行火灾模拟,得到车厢内温度与烟气浓度随时间变化的规律,计算出临界温度与临界可视距离出现的时间,发现在车厢火灾中,总是烟气浓度先达到临界点。车厢火灾的疏散防控措施中,控制烟气浓度应是重点工作。　　关键词　车厢　火灾　烟气流动

AnalysisonNumericalSimulationtoFireSmokeFlowinTrainCompartmentBasedonFDS

GEJiang

(SchoolofTransportationandLogistics,SouthwestJiaotongUniversity　Chengdu610031)

Abstract　InthisarticleFDSfiresimulationsoftwareisappliedforfiresimulationoftrains,insidetemperatureandgascon-centrationvariationruleswithtimechangeareobtainedandthetimeofcriticaltemperatureandcriticalvisualdistanceap-pearanceiscalculated,findingoutthattheconcentrationofsmokealwaysfirstlyreachthecriticalpoint.Sothemostimpor-tantthingincompartmentfirepreventionshouldbethecontrolofsmokeconcentration.KeyWords　train　fire　smokeflow

0　引言

列车是我国长途客运的主要交通工具。列车车厢内的相对封闭性、人员密集性,使得对车厢内有严格的通风防火要求。然而,车厢内的沙发座椅、窗帘以及旅客携带的报纸、行李等易燃可燃物质极多,随时可能发生火灾,尤其是空调车厢,几乎处于全封闭状态,极易造成重大人员伤亡和财产损失。因此对于列车车厢的火灾防控越来越重要。

在一般建筑空间结构中,有毒有害烟雾的危险性大于高温的危险性[1-2]。因此研究了解车厢内火灾的烟气特性与温度分布规律,分析究竟是高温还是烟气是主要危险源,对于事故车厢的人员疏散,车厢火灾防控的重点方向具有重要意义。本文利用FDS火灾模拟软件对YZ25k型硬座列车车厢中具有代表意义的火灾工况进行模拟,对车厢内烟气的流动与温度场规律进行分析,确定了车厢火灾的主要危险源。

1　场景设计与临界数值1.1　场景设计

空调列车车厢是一个四面封闭的狭窄空间,一般中间为旅客间,两头有洗手间、电热水间等设置且与别的车厢首尾相连,连接处有隔离门。在车厢连,人员的危险较小。而在旅客室发生火灾,烟气直接在人群中扩散,危害较大。旅客室的沙发座椅、窗帘、行李容易因烟头等不经意的过失引发火灾。

对于极小规模的火源,旅客和列车乘务员可以自行扑灭控制,不构成火灾,但是一旦控制不力,火灾发展扩大,就需要疏散整节车厢,这时的烟气规律研究就显得尤为重要。就火源位置来说,列车中部的火源最具代表意义,它与两个出口的距离相等。

因此,本文模拟列车车厢中间的座椅被引燃,整个沙发座椅处于燃烧之中的情况。1.2　临界数值

根据前人的研究[3],温度大于65℃时人就会感到极度不适,考虑到车厢内空间不大,不拥挤的时候人可以在短时间内逃出,本文取50℃为临界温度。

在简单结构空间中人员可视距离小于5m时,很难辨别出正确的方向,考虑到车厢结构的极度简单性,本文取3m为临界可视距离,即认为可视距离小于3m时,人员无法疏散逃出。2　模型2.1　物理模型

根据文献[4-5]提供的数据,进行适当的优化后,建立了YZ25k硬座列车车厢旅客室的模型。

m,.9,高2,

个0.9m×2m的门与外界联通,车厢顶部有对称于车厢中轴线、贯穿整个旅客室的送风缝,宽度为1.4cm。车厢内两边墙上高1.95m处各有两个宽0.5m的行李架。车厢定员118人,设置24排沙发座椅。火源在第12和13排的一边座椅上。整个座椅燃烧,此时的燃烧相对稳定,综合考虑各种因素后[3,6],设置固定功率为0.4MW。模型建立如图1,中间浅色所示为火源处。模拟这个座椅被燃烧的情况,其表面全部燃烧。

3.1　温度

温度场的对称性如图3所示,由于车厢结构的对称性,整个车厢的温度场是相对于中间位置火源对称的,横向上温度由火源点向两头线性展开,纵向上上层温度较热,下层较冷,有明显的分层现象。因此,取车厢一半来研究是科学合理的

。

图1　车厢模型

2.2　边界条件

环境温度设置为25℃,两端门为开口设计,处于自然通风状态,车厢有较好的保暖性,所以车厢墙取热厚性,送风缝送风速度为2m/s[5]。

2.3　监测点及火源设置

由于车厢的对称性,所以本文仅在车厢的一半设置了监测点,如图2所示,在A、B、C、D、E点,高1.7m的位置,中轴线上设立温度、可视距离、烟气流动速度的监测点,且在车厢中轴线上设置切片监测,在F点的座位上设置了火源。

图3

　车厢中轴线温度场切片

使用origin软件处理数值模拟结果后,各监测点测的温度随时间曲线如图4所示

。

图4　各监测点温度随时间变化曲线

各监测点的温度随离火源点的距离远近先后上

图2　监测点与火源位置

升。这是因为热传递需要一定的时间。温度升温后经过一段时间的波动,趋于稳定。越靠近火源点的

监测点温度波动越大,这是由于火源的波动干扰造成的。

各个监测点在波动中上升,各监测点第一次到达临界点的时间见表1。

3　结果分析

对于监测点的命名,如D点,用U-1.7-6.0表示,1.7表示高度1.7m,6.0表示其距离左端(A点)6m,即距离车厢中心即火源点3.6m远的监测点,其余各监测点与此类似。

表1

监测点时间/s

U-1.7-8.04.2031443

U-1.7-6.08.1161564

　各监测点第一次达到临界温度的时间

U-1.7-4.09.312359

U-1.7-2.017.118682

U-1.7-0.012.007928

如表1所示,越靠近火源的地方到达临界点的时间越短,这是因为热传递需要一定的时间,所以较远的地方温度的改变有一定的滞后性,最后一个点不符合规律是因为在出口处,受外界影响较大,并不完全是火源对其影响造成的,所以不再讨论。3.2　可视距离

各个监测点可视距离的下降如图5所示。按离

火源点的远近,烟气先后运动到各监测点后,可视距离迅速下降,经过一段时间的波动后趋于稳定。这是因为烟气的运动需要时间,所以较远处的可视距离下降有一定滞后性,各监测点可视距离首次小于

临界距离的时间如表2所示。

靠近火源的地方到达临界点时间的长短与监测点和火源之间的距离成正比,与温度变化类似,这是

对可视距离和温度到达临界点的时间进行曲线拟合,得出图6

。

图5　各个监测点可视距离随时间变化曲线

因为热传递需要一定的时间造成的。这也佐证了热

量的传播是伴随着高温烟气的流动进行的。

表2

监测点时间/s

U-1.7-8.03.9095054

U-1.7-6.05.7066922

图6　各监测点到达临界温度与临界可视距离时间拟合

各个监测点首次达到临界距离的时间　

U-1.7-4.09.312359

U-1.7-2.011.704764

参考文献

[1]许镇,唐方勤,任爱珠.建筑火灾烟气危害评价模型及应

用[J].消防科学与技术,2010,29(8):651-654.[2]李海波,杨晓峰.建筑火灾烟气危害及防控措施[J].消

防安全,2009(6):49-51.

[3]许秦坤,杨立中,张甲雷,等.一端封闭隧道施工中火灾

烟气流动的数值模拟分析[J].环境与安全学报,2010,10(5):156-159.

[4]严隽耄.车辆工程[M].北京:中国铁道出版社,1999.[5]张登春.旅客列车车厢内气体流分布特征与环境舒适性

研究[D].上海:上海大学,上海市应用数学与力学研究所,2009.

[6]陈阳寿,梅秀娟.地铁列车车厢火灾特性研究[J].消防

科学与技术,2008,27(6):399-401.

作者简介　葛江,四川成都人,西南交通大学安全技术及工程专业硕士研究生,从事消防火灾研究。

(收稿日期:2011-09-15)

U-1.7-0.012.610978

对比临界可视距离与临界温度的到达时间发现,总是可视距离先达到临界点,这说明在车厢的火灾中,烟气仍然是主要的危险源。4　结论

(1)在列车车厢这样的简单结构中,火灾烟气分布和温度场都呈现一定的规律性。距离火源点较远的地方,监测点的温度和可视距离变化具有滞后性。

(2)烟气总是比温度先达到临界点,这说明在车厢火灾中,烟气是最大的危险源,做好防排烟工作尤其重要。

(3)对于车厢火灾的防治,应以加强烟气的抽排、延缓烟气达到临界浓度的时间为重点,人员疏散时,可以俯下身,利用温度分层的规律,最大限度延长疏散时间,减少生命财产损失。

安全必须做到“三贴近”

在安全管理中,班组安全管理必须做到“三贴近”,这样才能营造和谐、安全的环境,才能保证班组安全稳定。

一要贴近现场,要深入生产现场作业场所,对重点区域进行安全检查和安全监督,若发现安全措施与实际工作环境和工艺流程不符时,要立即协调解决,加强操作管理和安全监督,正确处理好安全与质量、安全与

进度、安全与效益之间的关系。

二要贴近设备,每天必须对设备运行状况、性能参数了如指掌,若不符合规定要进行调整,对操作人员所反映的设备问题要逐项落实和解决,要让设备在正常的参数状态下运行,千万不能让设备带“病”工作。

三要贴近职工。要了解职工的心声和所需所求,让职工在工作中无思想包袱和后顾之忧,真正做到上班舒心,下班开心。另外,要进一步提高职工自身安全防范意识和自我防控能力,保证安全措施落实到位。

摘自《冶金安全》

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