列车阻塞条件下地铁单面坡隧道烟流涡旋行为特征研究

With the development of subway in China, some cities are limited to special natural mountainous terrain, subway lines through part of the city must be built with a great slope. Some cities have began to design metro tunnel of single slope (MTSS). fire ventilation and smoke exhaust design safety of MTSS put forward higher requirements. This project will focus on MTSS smoke vortex behavior characteristics and mechanism of flue gas control in the train congestion conditions. Using the typical model device built and full scale experiments, in a variety of experimental conditions (change slope, tunnel blockage ratio, fire power, fire location, ventilation conditions, tunnel connecting channel switch state and so on), the key parameters of flow state (temperature, velocity and composition) will be measured. We will test and analize some key physical parameters (gas concentration, smoke layer height, gas flow rate and temperature) to summarize the train blocking slope tunnel gas vortex motion and the relevant parameter prediction relations and effective ventilation control scheme, computer simulation program development.

随着我国地铁的发展，部分城市受限于特殊山区自然地形的限制，地铁线路穿越部分城区时须修建较大坡度的地铁隧道，国内多个城市已开始规划设计或投入运营单面坡的地铁隧道。单面坡地铁隧道对火灾时通风和排烟设计的安全性提出了更高要求。本项目将重点研究列车阻塞条件下地铁单面坡隧道火灾时烟流涡旋行为特征和烟气控制机理，利用已建成的典型模型装置和全尺寸实验，在多种实验条件下（改变坡度、隧道阻塞比、火源功率、火源位置、通风条件、隧道联络通道开关状态等），集中测量表征流场状态的关键参数（温度、速度和成份），选择一些关键性的物理参数（烟气的浓度、烟层高度、烟气流的速度和温度等）做系统测量分析，以期归纳总结出列车阻塞时单面坡地铁隧道烟气涡旋运动与有关参数预测关系式和有效的通风控制方案，发展计算机模拟程序。

项目针对单面坡隧道火灾烟气防控问题，通过理论分析、小尺寸模型实验、数值模拟以及全尺寸实验等方式，研究了隧道坡度、车辆阻塞状态、车辆阻塞比、火源位置、火源功率、通风排烟模式等因素对隧道火灾烟气涡旋行为和烟气温度分布特性的影响。在理论分析中，基于流体力学方程，研究了隧道坡度、火源功率和气流速度等因素对隧道火灾烟气顶棚最高温度和温度纵向分布特性的影响，基于小尺寸模型实验和数值模拟结果建立了理论模型，完善了相关理论，并进一步研究了列车阻塞条件下地铁单面坡隧道火灾通风排烟模式优化等问题。在全尺寸实验中，针对不同类型隧道的特殊结构及车辆的运行状态，通过设置多种火源功率和通风条件，集中测量表征流场状态的关键参数，分析了烟气温度随时间和空间的分布规律，并对所建立的理论模型进行了验证。此外，项目还开展了地铁隧道烟流防控系统关键设备RAMS评估等研究工作。