地铁长大区间火灾烟流控制及阻塞比影响研究

Today, the construction of domestic subway is at an unprecedented period of rapid development, with the development of rail transit construction technology, the long-large tunnels come forth. The long-large metro tunnel is adapted to the traffic density and the speed of operation, but also gives birth to the challenges of the smoke control of interval tunnel fires. Aiming to the long-large subway tunnel, based on the theoretical analysis, numerical simulation, modeling experiment and field experiment and other means, the key scientific problems such as the smoke flow, aerodynamic effect and smoke control mode of long-large interval tunnel fire will be investigated, to explore the mechanism of fire smoke spread, airflow organization, flow evolution characteristics under the coupling action of different tunnel ventilation exhaust system, and reveal the influence of different blockage ratio to the tunnel critical smoke control velocity, the propagation of pressure wave of ventilation, smoke and fire behaviour around the train, also to investigate the smoke control pattern under the conditions of the different parts of train firing, the arrangement of the middle shaft, linking channel and the linking tunnel line. The project will provide a theoretical and experimental basis for the metro fire prevention and smoke control in our country.

当前，我国地铁正处于空前高速发展时期，伴随着我国轨道交通建设技术的发展，长大区间隧道日益涌现。长大区间隧道适应了行车密度和运行速度，但同时也给长大区间隧道火灾烟气控制带来了挑战。针对地铁长大区间隧道，基于理论分析、数值模拟、模型实验及现场测试等手段，对长大区间隧道火灾的烟气流动、气动效应和烟控模式等关键科学问题进行研究，探索不同隧道通风排烟系统耦合作用下火灾的烟气扩散规律、气流组织特征、流场演化特性，揭示不同阻塞比对隧道烟控临界流速、通风压力波传递、起火列车烟流行为的影响；研究不同列车火灾部位及中间风井、联络通道及联络线设置条件下的烟控模式，为我国地铁的火灾防治和烟气控制提供理论基础和实验依据。

项目针对地铁长大区间隧道，基于理论分析、数值模拟、模型实验及现场测试等手段，对长大区间隧道火灾的烟气流动、气动效应和烟控模式等关键科学问题进行研究，探索不同隧道通风排烟系统耦合作用下火灾的烟气扩散规律、气流组织特征、流场演化特性，揭示不同阻塞比对隧道烟控临界流速、通风压力波传递、起火列车烟流行为的影响；研究不同列车火灾部位及中间风井、联络通道及联络线设置条件下的烟控模式，为我国地铁的火灾防治和烟气控制提供理论基础和实验依据。.首先开展了全尺寸地铁实体列车和车厢内材料燃烧实验，获得了车辆燃烧的热释放速率等特征，为数值计算提供全尺寸实验依据。针对地铁长大区间隧道内的烟气流态发展与特征参数演化过程，总结并发展适用于地铁隧道火灾的理论预测模型。通过模型实验，及在近5km的大断面长大区间隧道内的全尺寸火灾燃烧实验，实验探索了隧道内火灾烟气扩散规律、气流组织模式、烟气的温度变化规律。利用数值计算，研究区间和车站通风排烟系统等耦合动作下的气流组织特征、流场初期的形成振荡与传播及烟气扩散规律。通过模型实验、全尺寸实验和数值模拟，全面揭示了不同边界条件下长大区间隧道内烟气扩散规律，并验证理论预测模型。. 同时研究不同阻塞比条件对长大区间火灾烟流和控制的影响，重点分析阻塞比对隧道烟控临界流速、通风压力波传递、起火列车周围和近区域烟流行为的影响；建立并验证阻塞下的临界烟控流速公式。. 最后，建立了长大区间隧道通风网络解算算法；计算给出了适用于地铁长大区间隧道火灾的推荐通风排烟模式；模拟探索了不同疏散策略下的疏散特征；并建立了疏散时间计算公式，已被国家标准采纳。 . 项目执行期共发表论文15篇，专著1部，申请专利6项（3项已授权），软著1项，标准3项（其中国标1项），成果已应用于深圳、东莞、广州等地铁长大区间隧道，获得了中国青年科技奖、国家自然科学基金优青等荣誉和人才计划，成果转化和人才培养取得了较好的执行效果。