文档介绍：地铁车站火灾烟气的蔓延与控制
【摘要】采用 FDS 计算模拟了北京地铁某典型车站不同火灾情况下的三维烟气流场, 结果显示, 当火灾发生在离出口楼梯间较近的站厅时, 烟囱效应对烟气控制起决定性的作用, 并且此时不需要机械排烟。当站台中部发生火灾时, 只有机械排烟和挡烟装置配合使用才可以有效地控制烟气。重点对出口通道能否满足人员疏散时温度、风速、能见度的要求进行了分析。【关键词】地铁车站; FDS 模拟; 烟囱效应; 烟气控制
1 引言
在地铁火灾事故中,造成人员极大伤亡的主要原因在于火灾烟气控制系统没能有效地控制烟气蔓延以及没能有效地组织人员疏散。我国规范虽然对地铁烟控系统有要求,但烟控系统的有效性和经济性很难估量,因此运用性能化设计的思想,借助火灾研究领域得到较好应用的 FDS (Fire DynamicsSimulator)模拟地铁车站的三维烟气流场,对地铁车站火灾烟气的蔓延情况及烟气控制系统对烟气的控制效果进行研究,提出性能化的地铁烟控系统模式。
2 模型建立
几何模型
本文针对北京地铁某典型车站的结构形式,如图 1 所示:下层的岛式站台通过两端的楼梯与上层两端的站厅连接,一端站厅有一个出口 B 通道通向室外地面,另一端站厅有两个出口 A、C 通道通向室外地面。出口 A、B 的通道截面均为 4m×3m,出口 C 的通道截面为 5m×3m。整个车站长 163m,宽 ,中部站台高 ,两端站厅高3m。 高 L 型的挡烟装置 SBW (Smoke BlockingWall),并各有两个 1m×1m 的机械排烟口 SEG(SmokeEvacuateGate)。
数学模型
采用美国国家标准局(NIST)建筑与火灾研究实验室(BFIL)开发的火灾动态模拟软件 进行数值计算,基本方程如下[1]:
连续方程:采用混合分数燃烧模型和大涡湍流模型 LES(LargeEddySimulation),设定火源为稳定庚烷火,热释放功率 5MW。
采用 LES 模型允许的最大网格尺寸为火灾特征直径的 1/10[1],由前面条件设定得 D*=,故网格尺寸取 ,为提高模拟准确度,火源和风机处局部加密取 ,整个车站计算区域的总网格数为 82236 个。
边界条件
三个出口连通外界大气,外界 1 个标准大气压,温度 20℃。每个机械排烟口风量 55m3/s。由于隧道中部的区间风机离车站较远,风阻较大,有关实测其对站台风速一般小于 1m/s[2],故忽略其对车站火灾烟气的影响,另外也没有考虑外部风和列车活塞风的影响。
有效性验证
将只有左端两个排烟口排烟时现场实测的各截面上风速平均值与同样工况下的 FDS模拟结果比较,如图2所示,二者相吻合,因此用FDS在上述设定条件下可以较好的反映火灾烟气流场的真实情况。3
无机械排烟的模拟结果与分析
图 3￣图 7 中,左边为温度标尺,单位℃;右边为速度标尺,单位 m/s。中间分别是站厅层 H= 高度处,车站中轴 Y=11m 截面上的 t=60s、180s、360s 时的烟气粒子分布和温度场(temp),速度场(vel)。温度