我国对地铁环境的研究起步是相对较晚,一些科研单位和科研人员在这个方面作了些工作,分别研制了地铁的热环境模拟软件。李先庭和彦启森是最早对城市地铁火灾进行了二文场模拟,把计算结果与澳大利亚的Zwenberg隧道火灾实验数据进行比较,指出对于一般的地铁火灾,2m/s的纵向通风速率完全可以阻止烟气向上扩散。西南交通大学的冯炼分析了地铁火灾烟气流动的物理模型和数学模型,在计算中 对地铁系统进行了简化。清华大学开发的热环境模拟软件包STESS,己先后用于 北京2号线、3号线、5号线,上海、广州、重庆、南京、大连、青岛、深圳等地 铁线路的方案论证和优选。西南交通大学的TEST程序可以模拟地铁各种正常运行环境下的空气速度、温度、湿度、隧道壁影响及列车的各运行参数及空调负荷, 可预测中长期地铁内各参量的变化,并在此基础上对夏季夜间蓄冷和冬季蓄热方 法对地铁系统的影响进行分析。39007
地铁火灾研究现在阶段可以按以下三种分类:全尺寸实体实验、模型实验和计算机数值模拟。
1全尺寸试验
日本消防部门曾做过实验,日本地铁的车厢虽被确认具有不易燃烧性,但起 火后,快则1.5min,慢则8min之后就会出现对人体有害气体。2-5min内,车厢没 烟雾弥漫就无法看清楚逃生出口,相邻的车厢在5.10min内也会出现相同的情况。 实验证明,允许乘客逃生只有5分钟左右的时间。另外,车内乘客的衣物一旦引 燃,火势能在短时间内扩大,允许逃生的时间则更短o
1985年,德国盖尔森基兴市完成地铁隧道的火灾试验,隧道长361m,圆形净 断面约31 m2,用ST03号型钢制作隧道模型。将废弃电车作为燃烧物,另有干柴、 柴油等。20米车厢的燃烧荷载为70700MJ。实验得到隧道内空气最高温度出现在 燃烧车辆顶板下方,可达880℃,最高温度在点燃后6-8min之间出现。由此可见 地铁火灾中温度非常高,蔓延也相当快。1996年,美国在Memorial隧道进行了 全尺寸火灾试验,证明当火灾的热释放速率(HRR)较大时,利用经验公式算 出的临界风速要比真实的试验值高5%到15%。
全尺寸试验研究对于取得的真实地铁火灾以及确定边界条件有着非常重要的 意义,但是由于实体尺寸的地铁系统火灾试验费用较高,并且每次试验的周期长, 危险性也很大,不容忽视,因此我国在全尺寸试验方面进行的研究相对较少。论文网
2模型实验
实验和计算机模拟式研究地铁火灾烟气运动规律的两种有效方法,真实的地火灾实验得出的数据具有直观性和可靠性,但是真实的实验工况是有限的,于此同时,对于地铁火灾实验而言危险性太大了。随着计算机模拟这项高科技技术的日渐成熟,可广泛将其应用于多种地铁火灾工况的模拟,但是,由于地铁火灾现象太过于复杂,环境条件太过于随机,从而导致模拟结果还是需要通过对火灾实验数据的验证和修正。模型实验难以针对地铁站台建立整体模型,大部分是对局部的一块进行一部分的模拟。建立小比例的地铁模型进行试验测量,一方面可以在一定程度上减少实验的成本,另一方面可为计算机模型提供有效的边界条件并且可以验证模拟结果。适当改变设计良好的实验模型参数可以开 展不同工况下的实验研究。刘万福、申海波等人在缩尺寸地铁模型中进行实验测试,分析在改变风机频率的情况下,排烟系统的换气次数的变化规律,以及通过改变出入口与楼梯面积对楼梯口断面速度的影响,测出满足《地铁设计规范》要求的楼梯口处风速不小于1.5m/s的工况条件,建立对波动变化数据的合理表述方法, 为地铁防排烟系统的设计提供参考。
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