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地铁站台火灾烟气流动模拟及排烟研究

作　者: 林琳
导　师: 王洪德
学　校: 大连交通大学
专　业: 环境科学
关键词: 地铁火灾数值模拟湍流燃烧 FLUENT 通风排烟
分类号: U231.96
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 292次
引　用: 5次
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内容摘要

随着世界范围内城市化发展的进程,城市人口逐渐上升,交通问题也日趋严重。再加上快节奏的生活方式,人们对于交通工具的要求也愈来愈高。地铁因其安全、舒适、载客量大、快速、准点、低耗能、少污染的特点,被称为“绿色交通”,越来越受到青睐。正因如此,地铁成为人流比较集中的地方,特别是在上下班的出行高峰期,人员密度高,而它与外界的联系主要为出入口,环境密闭,人员密集,发生火灾时,不仅火势蔓延快,而且积聚的高温浓烟很难自然排除,严重威胁乘客、地铁职工和抢险救援人员的生命安全。经调查表明地铁发生火灾时造成的人员伤亡,绝大多数是因为烟气中毒和窒息所致。因此,地铁站内合理有效的通风排烟设置对于减少人员伤亡和财产损失具有极为重要的意义。对于受限空间火灾的研究,主要有实验研究和数值模拟研究。两者相比,数值模拟研究具有投资小,周期短,可重复性好的优点。目前在火灾烟气流动的模拟研究方面比较占优势的,就是基于CFD(计算流体力学)的数值模拟方法。本文就是利用CFD软件之一——FLUENT软件对烟气的流动进行数值模拟。FLUENT可用于计算流体的流动、传质传热、燃烧等化学反应过程,同时具有网格自适应功能,还可简单地对计算结果进行后处理,因此在各行业都得到广泛应用。地铁火灾中烟气的流动属于三维非稳态的湍流流动过程。本文在对地铁站台火灾的可能性及可燃物分析的基础上,建立了用于地铁站台火灾中烟气流动模拟的数学模型。并以天津某岛式地铁站台为研究对象,根据站台的实际尺寸建立了地铁站台的物理几何模型,并利用FLUENT软件,分别对站台内不同着火点及火源强度、不同的通风排烟模式下的火灾烟气流动情况进行数值模拟,得到站台中央或一端着火时,烟气在不同时间段内的温度情况,以及烟气的浓度分布。最后利用tecplot软件对其结果进行后处理。研究结果表明,当采用机械排烟方式时可以降低烟气的温度和扩散速度,有助于站台内人员的安全疏散。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 地铁火灾的研究背景及特点  10-16
    1.1.1 国内外重大火灾案例  10-12
    1.1.2 地铁火灾的特点  12-13
    1.1.3 火灾中烟气的毒性成分分析  13-16
  1.2 地铁火灾研究现状  16-18
    1.2.1 试验研究  16-17
    1.2.2 数值模拟研究  17-18
  1.3 本文的研究内容及方法  18-19
    1.3.1 本文的研究内容  18-19
    1.3.2 本文的研究方法  19
  本章小结  19-20
第二章地铁车站通风系统简介  20-29
  2.1 地铁车站概况  20-21
  2.2 地铁车站通风系统简介  21-25
  2.3 地铁车站内的通风模式  25-27
    2.3.1 站台通风模式  26
    2.3.2 天津地铁站台通风模式  26-27
  本章小结  27-29
第三章地铁火灾数值模拟的理论基础及相关参数  29-47
  3.1 火灾烟气流动模拟的基本数学模型  29-38
    3.1.1 基本控制方程  29-30
    3.1.2 湍流模型及湍流燃烧模型  30-34
    3.1.3 热辐射模型  34-35
    3.1.4 数学模型的求解方法  35-36
    3.1.5 有限容积法及离散方程的建立  36-38
  3.2 数值模拟的相关参数  38-44
    3.2.1 烟气流动的速度和温度  38-40
    3.2.2 火源位置的拟定  40
    3.2.3 热释放速率的拟定  40-41
    3.2.4 烟气的浓度  41
    3.2.5 站台通风量  41-42
    3.2.6 人员疏散时间  42-43
    3.2.7 火灾中人员忍受的温度值与时间的关系  43-44
  3.3 FLUENT 计算流程简介  44-45
  本章小结  45-47
第四章地铁站台火灾烟气流动的三维数值模拟分析  47-74
  4.1 地铁站台物理模型的建立及网格的划分  47-49
    4.1.1 地铁站台物理几何模型的建立  47-48
    4.1.2 网格的划分  48-49
  4.2 边界条件的设定  49-51
    4.2.1 速度入口(velocity-inlet)  49-50
    4.2.2 压力出口(pressure-outlet)  50
    4.2.3 排气扇(exhaust fan)  50-51
    4.2.4 固壁边界(wall)  51
  4.3 初始条件的设定  51
  4.4 火灾工况分析及通风排烟方式  51-52
    4.4.1 火源位于站台左侧10m 处  52
    4.4.2 火源位于站台中央  52
  4.5 模拟结果及分析  52-71
  4.6 模拟结果的验证  71-72
  本章小结  72-74
第五章结论与展望  74-76
  5.1 结论  74-75
  5.2 展望  75-76
参考文献  76-80
攻读硕士学位期间发表的学术论文  80-81
致谢  81-82

地铁站台火灾烟气流动模拟及排烟研究

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