高速列车火灾燃烧特性及烟流运动机理研究

Fire has become one of the greatest threatens to the safety of the high speed train. In this study, the high-speed trains will be targeted as the main research object, and carry out it’s fire smoke flow characteristics and mechanisms .Firstly, using the full scale test analyze the high-speed train burning characteristics and determine it’s steady fire power；Secondly, using fire dynamics and the hydrodynamics theory, 3D Unsteady N-S equation and completely buoyancy amendment k-ε established carriages fire turbulence model to research high-speed train carriages flue gas feather flow formed mechanism, evolution process and behavior features under the coupled-field different conditions including the run state, fire size, ventilation conditions and burning environment, then established feather flow volume sucking movement forecast model; On this basis, test the train compartments distribution and variation mechanism of velocity field and temperature field and concentration field under different fire scenarios by reduced scale test , reveal the high speed train’s smoke movement; Eventually, creatively propose the best safety driving speed, the best way to ventilation and the best smoke control technology during a fire for the high-speed train. This research will improve fire dynamics theory in movement confined space, supply fire risk analysis, evacuation, fire prevention and treatment for high-speed trains, at the same time ,provide technical reference for the related specification.

火灾已成为高速列车安全运营的最大威胁之一。本课题拟以高速列车为对象，对其燃烧特性及烟流运动机理开展研究。首先全尺寸试验分析列车各可燃物燃烧特性，确定高速列车定常火源功率；其次，运用火灾动力学及流体力学理论，采用三维非定常N-S方程和完全浮力修正k-ε双方程建立车厢火灾湍流模型，研究不同运行状态、不同火源尺寸、不同通风条件、不同燃烧环境等多场耦合作用下，高速列车车厢烟气羽流形成机理、演化过程、行为特征，进而建立羽流卷吸运动预测模型；在此基础上，缩尺试验定量测试不同火灾场景下，列车车厢内温度场、浓度场、速度场分布及变化过程，揭示高速列车车厢烟气运动机理；最终创造性提出高速列车火灾最佳安全行驶速度、最佳通风方式及火灾烟气调控机理。本研究可补充运动受限空间火灾动力学理论，为高速列车火灾危险性分析、人员安全疏散及火灾综合防治提供理论依据，同时可为相关规范制定提供技术参考。

高速列车属典型狭长受限空间，可燃物较多且相对集中，目前尚未配置有效消防安全防火系统，一旦车厢内发生火灾，火势蔓延迅速，烟气可迅速充满整个车厢，疏散救援困难，严重威胁人员生命和财产安全，造成重大经济损失和恶劣社会影响。目前，针对高速列车火灾防治，国内尚无完善消防安全防护系统，诸多消防问题亟待解决。.本课题以典型高速列车为研究对象，通过大量实地调研及全尺寸试验，对高速列车车厢内可燃物的燃烧特性进行全面分析，创造性提出高速列车车厢火源功率为37MW；运用火灾动力学及相似理论，设置了8个典型火灾场景，采用CFD对其车厢内的火灾烟气运动过程定量研究，得出火灾条件下，高速列车最佳空调风速为0.3m/s，快速开启逃生窗可显著延缓烟气蔓延过程，降低其火灾危险性；其次，运运用Building Exdous对车厢内10个不同火灾场景下，人员疏散过程定量模拟分析，研究得出，车门位于车厢两端时更有利于人员安全疏散，车厢开门宽度从0.9m增至1.0m时，可有效提升其疏散效率；最后从自动灭火系统、自动探测报警系统、消防应急预案等方面进行整体分析设计，提出高速列车整体火灾防控技术。.本项目研究成果整体处于国际领先水平，部分成果为国际首创，具有极强创新性和推广应用价值，该成果可为高速列车火灾扑救、应急救援预案及人员安全疏散提供可靠理论依据，为高速列车相关规范、技术标准制定提供科学参考。