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。

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