地铁隧道内列车运动火灾烟气控制数值模拟研究
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摘要
随着社会经济发展和城市建设的加快以及人们出行方式的需要,地铁已经成为北京市最重要的交通工具之一,北京地铁因而得到高速发展,地铁火灾的安全问题也逐渐成为人们关注的焦点。发生地铁火灾后,现有的大部分研究为针对着火的地铁列车停留在隧道内的相关问题研究,而对于地铁列车发生火灾后带火在区间隧道行驶,目前的研究还较少,同时地铁设计规范中未明确规定列车在隧道内的安全运行速度以及隧道内通风排烟系统的具体运行模式。因此,关于地铁运动火灾的研究,对促进着火列车在隧道内运行的安全控制研究具有重要的科学意义和现实意义。目前,对于隧道地铁火灾问题的主要研究方法有模型实验、数值模拟全尺寸试验三种。其中数值模拟是研究地铁火灾的一种非常重要的手段。
本文结合北京市自然科学基金重点资助项目“地铁列车在隧道内着火后继续行驶的火灾安全控制研究”,以北京某地铁为研究对象,采用数值模拟的研究方法对地铁列车运动火灾特性展开研究。本文利用CFD软件STAR-CCM+对地铁隧道的原尺寸模型进行数值模拟。在与火灾模型实验的结果进行对比验证后,结合滑移网格方法对原尺寸地铁列车运动体火灾的多种工况进行模拟,建立了列车行驶速度与火灾烟气流动温度分布的关系,同时也初步研究了当地铁列车发生火灾时,隧道内纵向通风对火灾的影响。结果表明：随着列车行驶速度的增大,隧道内的最高温度逐渐降低,有纵向通风时,隧道内温度也会低于相同速度时无纵向通风时的温度；列车运行速度大,火灾所产生烟气的影响范围相应增大,当有纵向通风时,烟气的影响范围也会相对增大；当列车行驶速度为50km/h时,列车上方温度处于较低水平,列车后方温度低于标准规定的最高温度。最后认为无纵向通风时,着火列车在隧道内的合理运行速度应为50km/h。
With the acceleration of social economic and urban construction, and the requirement of people getting around, subway has become one of the most important vehicles in Beijing and is developing at high speed. For the problem of subway fire in tunnels, most researches on account of the situation when the train remains in the tunnel. There are only a few researches for moving fire in subway tunnel. At the same time, the subway train design specification has not clearly provided the safety speed of the train in the tunnel and the operational mode of ventilation and smoke extraction system. Therefore, it is very necessary to study the fire characteristic of moving subway fire, which is helpful for promoting the researches on the safety of on-fire train moving in the subway tunnel. The research is of great realistic significance and scientific significance. Nowadays, the main research methods of the subway system fire are full-scale test, model experiment and numerical simulation. Computer simulation is an important research method for subway fire.
The paper takes a Beijing subway tunnel as the research object, and study the fire characteristic of moving subway train mainly through the method of numerical simulation. This paper takes simulation of original dimension model of the subway tunnel using CFD software STAR-CCM+. After verified the simulation result of the experiment, the paper takes research on moving fire of subway train for conditions by the way through the method of moving reference frames, and found the relationship between distribution of the smoke temperature and the speed of the train. At the same time, the paper studies the influence to the subway fire of the longitudinal ventilation wind. The results show that: the highest temperature reduces with the increase of train's speed, and the temperature will be lower if with longitudinal ventilation wind in the tunnel; The influence range of fire smoke will be enlarge with increasing of both train's speed and longitudinal ventilation wind. When the train is running at speed of50km/h, The temperature above the train is lower, and the highest temperature behind the train is also lower than the standards. The final conclusion is that the reasonable speed of the moving subway fire should be50km/h.
本文结合北京市自然科学基金重点资助项目“地铁列车在隧道内着火后继续行驶的火灾安全控制研究”,以北京某地铁为研究对象,采用数值模拟的研究方法对地铁列车运动火灾特性展开研究。本文利用CFD软件STAR-CCM+对地铁隧道的原尺寸模型进行数值模拟。在与火灾模型实验的结果进行对比验证后,结合滑移网格方法对原尺寸地铁列车运动体火灾的多种工况进行模拟,建立了列车行驶速度与火灾烟气流动温度分布的关系,同时也初步研究了当地铁列车发生火灾时,隧道内纵向通风对火灾的影响。结果表明：随着列车行驶速度的增大,隧道内的最高温度逐渐降低,有纵向通风时,隧道内温度也会低于相同速度时无纵向通风时的温度；列车运行速度大,火灾所产生烟气的影响范围相应增大,当有纵向通风时,烟气的影响范围也会相对增大；当列车行驶速度为50km/h时,列车上方温度处于较低水平,列车后方温度低于标准规定的最高温度。最后认为无纵向通风时,着火列车在隧道内的合理运行速度应为50km/h。
With the acceleration of social economic and urban construction, and the requirement of people getting around, subway has become one of the most important vehicles in Beijing and is developing at high speed. For the problem of subway fire in tunnels, most researches on account of the situation when the train remains in the tunnel. There are only a few researches for moving fire in subway tunnel. At the same time, the subway train design specification has not clearly provided the safety speed of the train in the tunnel and the operational mode of ventilation and smoke extraction system. Therefore, it is very necessary to study the fire characteristic of moving subway fire, which is helpful for promoting the researches on the safety of on-fire train moving in the subway tunnel. The research is of great realistic significance and scientific significance. Nowadays, the main research methods of the subway system fire are full-scale test, model experiment and numerical simulation. Computer simulation is an important research method for subway fire.
The paper takes a Beijing subway tunnel as the research object, and study the fire characteristic of moving subway train mainly through the method of numerical simulation. This paper takes simulation of original dimension model of the subway tunnel using CFD software STAR-CCM+. After verified the simulation result of the experiment, the paper takes research on moving fire of subway train for conditions by the way through the method of moving reference frames, and found the relationship between distribution of the smoke temperature and the speed of the train. At the same time, the paper studies the influence to the subway fire of the longitudinal ventilation wind. The results show that: the highest temperature reduces with the increase of train's speed, and the temperature will be lower if with longitudinal ventilation wind in the tunnel; The influence range of fire smoke will be enlarge with increasing of both train's speed and longitudinal ventilation wind. When the train is running at speed of50km/h, The temperature above the train is lower, and the highest temperature behind the train is also lower than the standards. The final conclusion is that the reasonable speed of the moving subway fire should be50km/h.
引文
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