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深埋地铁区间隧道火灾防排烟模式及活塞风影响研究

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地铁 区间 隧道 火灾 防排烟 模式 活塞 影响 研究
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沈阳建筑大学硕士学位论文深埋地铁区间隧道火灾防排烟模式及活塞风影响的研究姓名:邹然申请学位级别:硕士专业:供热、供燃气、通风及空调工程指导教师:张培红201203硕十研究生学位论文摘要IiI--—i萱ii—iii葺ii—————————————————————————————————————————————————]—IIiiiiiii宣iiiiii宣iiiiii置摘要随着地铁的大力发展,地铁消防安全问题同益受到重视。深埋地铁烟囱效应显著,特别是列车运行时所引起的活塞风,对火灾的发展及烟气蔓延将产生很大的影响。一旦发生火灾,极易造成重大的人员伤亡和财产损失,有效地实现活塞风影响下地铁隧道内火灾烟气蔓延的控制,对保障人员安全疏散尤为重要。本文以沈阳某深埋地铁区间隧道中部火灾作为研究对象,利用火灾动力学软件F D S ,首先对开式系统下区间隧道5 M W 火灾烟气温度场、C O 浓度场以及能见度的分布情况进行数值模拟,分析自然排烟模式下火灾烟气蔓延规律和逃生井正压送风的防烟效果。分析结果表明,自然排烟措施虽然可以有效降低隧道内烟气浓度及温度,为人员疏散争取到一定的时间,但局部位置出现了人员疏散方向与烟气流动同向的不利局面;在逃生井采用正压送风的模式,可以为逃生人员提供必要的新风量,同时还叮有效控制烟气向人员疏散方向流动,但易造成逃生井断面风速过大,不利于人员疏散;采用隧道机械排烟6 m /s 与逃生井正压送风2 m /s 的排烟模式时,可有效的改善隧道内疏散环境。进一步地,本文讨论了不同活塞风速对区间隧道火灾的影响。结果表明,当活塞风速从2 m /s 增加到6 m /s 时,火灾功率、车厢附近及区间隧道内温度随着活塞风速的增加而增加;但是,当活塞风速加大到6 .5 m /s 左右时,火灾功率、车厢附近及区间隧道内温度开始呈现下降的趋势。总的来说,活塞风的存在加剧了火势的发展和蔓延。最后,本课题针对活塞风影响下不同防排烟模式对区间隧道火灾的控烟效果进行了数值模拟,分析最优的防排烟模式。结果表明,8 m /s 排烟速度与中部逃生井2 m /s 送风联动方式的防排烟效果最优,隧道内及逃生口处的温度场、C O 浓度场以及能见度均可达到规范中人员疏散要求。活塞风作用下地铁区间隧道火灾烟气蔓延及防排烟系统模式优化的研究,是本课题研究的一个特点,对于地铁火灾安全具有非常重要的促进作用。关键词:深埋地铁;区间隧道火灾;正压送风;活塞风;防排烟I I摘要硕卜研究牛学伊论文硕} :研究生学伊论文A b s t r a c tI I IA b s t r a c tW i mt h ev i g o r o u sd e v e l o p m e n to fs u b w a y , s u b w a yf i r es a f e t yp r o b l e m sa r ep a y e dm o r ea t t e n t i o n s .B a s e do nt h ep a r t i c u l a r i t yo ft h eb u r i e dd e e pi nt h es u b w a y , e s p e c i a l l yt h ee f f e c to fp i s t o nw i n dc a u s e db yt r a i nh a v eah u g ei m p a c to nt h ef i r ea n ds m o k es p r e a d .O n c ef i r eb r o k eo u ti nt h et u n n e l ,i tc a l le a s i l yr e s u l ti ns i g n i f i c a n tc a s u a l t i e sa n dp r o p e r t yl o s s e s .I ti si m p o r t a n tt oe f f e c t i v e l yc o n t r o lt h es p r e a do fs m o k eu n d e rt h ee f f e c to fp i s t o nw i n di nt h es u b w a yt u n l l e lt op r o t e c tp e r s o n n e ls a f e t ye v a c u a t i o n .T a k i n gac e n t r a lf i r es o u r c ei nt h ed e e p l y - b u r i e dr e g i o n a lt u n n e lo fS h e n y a n ga st h eo b j e c t ,t h et e m p e r a t u r eo fs m o k e ,C Oc o n c e n t r a t i o nf i e l da n dt h ev i s i b i l i t yo ft h et u n n e lu n d e rt h eo p e l ls y s t e ma t5M Wf i r ei sf i r s t l ys i m u l a t e db yu s i n gF D Ss o f t w a r et oa n a l y z et h el a wo fs m o k es p r e a du n d e rn a t u r a ls m o k ee x t r a c t i o na n dt h ee f f e c to ft h ee s c 印es h mw i t hp o s i t i v ep r e s s u r ea i r .T h er e s u l t ss h o wt h a ta l t h o u g hn a t u r a ls m o k ee x t r a c t i o ns y s t e mC a nr e d u c et h ec o n c e n t r a t i o no ff i r es m o k ea n ds m o k et e m p e r a t u r ei n t h et u n n e la n dg e tm o r et i m ef o rs a f e t ye v a c u a t i o n .H o w e v e r .i ns o m er e g i o no ft u n n e l ,t h ed i r e c t i o no fe v a c u a t i o ni Ss a m ea st h es m o k ef l o w ,w h i c hi sat h r e a tt oh u m a ns a f e t ye v a c u a t i o n .T h e n , p o s i t i v ep r e s s u r ea i ri ss u p p l i e di nt h ee s c a p es h a f t ,i tC a nb es e g l lt h a tp o s i t i v ea i rs u p p l yC a np r o v i d en e c e s s a r ya i rv o l u m et oe s c a p e .A tt h es a n l et i m e .i ta l s oc a nc o n t r o lt h es m o k ef l o wt ot h ee v a c u a t ed i r e c t i O I l S ,b u te a s i l yl e a dt ol a r g ew i n ds p e e da te s c a p es h a f ts e c t i o nw h i c hi Sa d v e r s et oe v a c u e e s .W h e nt h em e c h a n i c a ls m o k ee x t r a c t i o no f6m /sa n dp o s i t i v ep r e s s u r ea i rs u p p l yo f2m /si sa p p l i e da te s c a p es h a f t ,i tC a ne f f e c t i v e l yi m p r o v et h ee v a c u a t i o ne n v i r o n m e n ti nt h et u n n e l .F u r t h e r m o r e ,i no r d e rt of u r t h e rr e s e a r c ht h ee f f e c to nt h ef i r eh a p p e n e di nt h er e g i o n a lt u n n e lu n d e rd i f f e r e n tp i s t o nw i n ds p e e d ,t h ep i s t o nw i n ds p e e df r o m2 m /st o6 r n /si sa p p l i e do nt h ef i r ep o w e r .t h et e m p e r a t u r ef i e l dn e a rt h eC a l “ a n dt u n n e la r ei n c r e a s e da st h ep i s t o nw i n ds p e e di n e r e a s e s ;H o w e v e r , w h e nt h es p e e do fp i s t o nw i n di sr a i s e dt oac e r t a i ne x t e n t , s a y i n g , 6 .5m /So rs o ,t h ef i r ep o w e rb e g a nt od e c l i n e 。I ng e n e r a l ,t h ee x i s t e n c eo ft h ep i s t o nw i n da g g r a v a t e st h ed e v e l o p m e n ta n ds p r e a do ft h ef i r e .F i n a l l y , t h ea n a l y s i so nd i f f e r e n ts m o k ec o n t r o lm o d e si nt h et u n n e Iu n d e rt h ei n f l u e n c eo ft h ep i s t o nw i n di sc a r r i e do u tt oo b t a i nt h eb e s to n e .T h es i m u l a t i o nr e s u l t si l h s t r a t et h a tt h eo p t i m a lm o d ei sl i n k i n gs m o k ee x t r a c t i o no f8m /sw i t ha i rs u p p l yo f2m /sa tc e n t r a le s c a p es h a R ,t h et e m p e r a t u r e ,C Oc o n c e n t r a t i o nf i e l da n dt h ev i s i b i l i t yo ft h et u n n e lc a l la c h i e v et h er e q u i r e m e n t so ft h er e l e v a n td e s i g nc o d e s .F i r es m o k es p r e a dl a wa n do p t i m i z a t i o nf o rs m o k ec o n t r o ls y s t e mo ft h es u b w a yt u n n e lu n d e rt h ea c t i o no fp i s t o nw i n di saf e a t u r eo ft h i sp a p e r , w h i c hp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei np r o m o t i n gs u b w a yf i r es a f e t y .K e y w o r d s :D e e p l y - b u r i e dS u b w a y ;R e g i o n a lt u n n e lf i r e ;P o s i t i v ep r e s s u r ea i rs u p p l y ;P i s t o nw i n d ;S m o k e硕十研究乍学付论文C o n t e n t sI XC o n t e n t sA b s t r a c t ( C h i n e s e ) ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..IA b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..I I IC h a p t e rlI n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.11 .1B a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo f s t u d i e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.11 .1 .1F i r ec h a r a c t e r i s t i e so fd e 印- b u r i e ds u b w a y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一21 .2C u r r e n ts i t u a t i o no f t h er e s e a r c ha th o m ea n da b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.31 .2 .1O v e r s e a ss u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.31 .2 .2I n l a n ds u m m a r y ⋯⋯⋯.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..31 .3T h em e t h o da n dc o n t e n t so fs t u d i e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.41 .3 .1R e a s u r c hc o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41 .3 .2R e a s u r c hm e t h o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.5C h a p t e r2T h et h e o r yo f f i r en u m e r i c a ls i m u l a t i o ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72 .1B a s i cc o n t r o le q u a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.72 .2T h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nt h e o r yo f t u r b u l e n tf l o w ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82 .2 .1L a r g ee d d ys i m u l a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..82 .2 .2n l eh y p o t h e s i so f l o wM a c hn u m b e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82 .3C o m b u s t i o nm o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯92 .4A i r f l o wr e s i s t a n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..102 .4 .1F r i c t i o n a lD r a g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..102 .4 .2L o c a lr e s i s t a n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.112 .5T h eg e n e r a t i o na n dd i v i s i o no f g r i d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..1 22 .6B r i e fS u m m a r yo f T I l i SC h a p t e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..13C h a p t e r3N u m e r i c a ls i m u l a t i o na n a l y s i so ff i r ei nt h et u n n e lu n d e rn a t u r a lv e n t i l a t i o n ⋯⋯⋯⋯.153 .1E s t a b l i s h m e n to f t h es u b w a yt u n n e lf i r em o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..1 53 .1 .1G e o m e t r ym o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 53 .1 。2T h cc o m p i l a t i o no f t h eF D Sm o d e la n dt h es e t t i n go f b o u n d a r yc o n d i t i o n s ⋯⋯.163 .1 .3T h es e t t i n go f s i m u l a t i o nc o n d i t i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 83 .2T h es p r e a do f f i r es m o k ei nt h ed e e p l v 南u r i e dt t l l l l l e lw i t ht h ec e n t r a lw d l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯.1 83 .2 .1T h ea n a l y s i so ft e m p e r a t u r ef i e l d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.183 .2 .21 m ed i s t r i b u t i o no fs m o k ec o n c e n t r a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..2 03 .2 .3T h ea n a l y s i so f v i s i b i l i t y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..2 13 .4B r i e fS u m m a r yo fT l :l i SC h a p t e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 2C h a p t e r4N u m e r i c a ls i m u l a t i o na n a l y s i so ff i r ei nt h et u n n e lu n d e rm e c h a n i c a lv e n t i l a t i o n ⋯⋯2 34 .1E s t a b l i s h m e n to f t h es u b w a yt u n n e lf i r em o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..2 34 .1 .1G e o m e t r ym o d e l .⋯⋯⋯.⋯..⋯⋯...⋯⋯⋯.⋯⋯.⋯.⋯.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯.⋯⋯.⋯⋯⋯.2 34 .1 .2T h es e t t i n go f s i m u l a t i o nc o n d i t i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..2 34 .2T h ea n a l y s i s0 nt h es p r e a do ff i r es m o k ei nt h et u n n e lu n d e rp o s i t i v ep r e s s u r ea i rw h i c hi ss u p p l i e di nt h ee s c a p es h a f ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 44 .2 .1T h ea n a l y s i so fv i s i b i l i t yi nt h ee s c a p ei n t e r v a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4XC o n t e n t s硕} :研究生学f 专论文4 .2 .2T h ea n a l y s i so f s m o k ec o n c e n t r a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.2 44 .2 .3T h ea n a l y s i so f t e m p e r a t u r ef i e l di nt h ee s c a p ei n t e r v a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..2 54 .2 .4T h es p e e do f e s c a p es h a f t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 54 .3T h ea n a l y s i so nt h es p r e a do ff i r es m o k ei nt h et u n n e lu n d e rp o s i t i v ep r e s s u r ea i ra n de x h a u s tw h i c hi ss u p p l i e dc o u p l i n gi nt h ee s c a p es h a f t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..:1 64 .3 .1T h ea n a l y s i so f C Oc o n c e n t r a t i o ni nt h ee S C a p ei n t e r v a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..2 64 .3 .2T h ea n a l y s i so f h e i g h to fs m o k el a y e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..:1 64 .3 .3T h ea n a l y s i so f v i s i b i l i t yi nt h ee s c a p ei n t e r v a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 74 .4B r i e fS u m m a r y ( ) l ? 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本文标题:深埋地铁区间隧道火灾防排烟模式及活塞风影响研究
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