劉增旭 劉鵬 肖景洋 劉博 趙賽

摘要：本文以某地鐵車廂為例，基于火災(zāi)動(dòng)力學(xué)模擬軟件FDS，建立了列車火災(zāi)模型，研究了無細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作用、有細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作用、氮?dú)?細(xì)水霧滅火系統(tǒng)同時(shí)作用三種情況下通風(fēng)條件對(duì)滅火效果的影響。結(jié)果表明：有細(xì)水霧和氮?dú)庾饔每梢杂行Ы档蛙噹麅?nèi)部溫度，控制有害氣體濃度，延長(zhǎng)可用的安全疏散時(shí)間。

【關(guān)鍵詞】細(xì)水霧;氮?dú)?細(xì)水霧;滅火系統(tǒng);滅火特性

地鐵的不斷普及在給我們帶來出行便利的同時(shí)也給我們帶來很大的安全風(fēng)險(xiǎn)問題。如今，地鐵列車發(fā)生火災(zāi)的情況時(shí)有發(fā)生，后果十分嚴(yán)重。

現(xiàn)有研究表明，通風(fēng)條件對(duì)細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的滅火性能存在影響。等將數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)?zāi)M相結(jié)合，研究通風(fēng)條件下細(xì)水霧抑制木垛火的性能;發(fā)現(xiàn)，在隧道中加入細(xì)水霧滅火系統(tǒng)能夠有效的延長(zhǎng)疏散時(shí)間。

本文以三節(jié)車廂為模型，由車體兩端連接部位的開口和破裂的車窗提供通風(fēng)條件，研究車廂內(nèi)無細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作用、有細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作用、氮?dú)?細(xì)水霧滅火系統(tǒng)同時(shí)作用三種情況下的滅火效果。

1.模型和算例

1.1?列車模型

建立地鐵列車模型如圖1所示。該模型由三節(jié)車廂組成，每節(jié)車廂的尺寸為19m×2.8m×2.8m，有10個(gè)窗戶，8扇門。選用3.6m²庚烷油池火作為模擬列車中15MW的火源?；鹪丛O(shè)置在中間車廂。

模擬過程中在車廂內(nèi)設(shè)置測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)CO，CO₂濃度的變化，測(cè)點(diǎn)布置在距列車車廂底部1.5m處，布設(shè)位置見圖2。每節(jié)車廂共選用36個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)之間的距離是0.5m。

每節(jié)車廂共8個(gè)細(xì)水霧噴頭，如圖3所示。對(duì)稱區(qū)域中細(xì)水霧噴頭的距離為2.5m。

1.2?細(xì)水霧參數(shù)設(shè)置

模擬中設(shè)置細(xì)水霧噴頭在10s時(shí)啟動(dòng)，噴射持續(xù)時(shí)間為300s，在310s時(shí)停止噴射，細(xì)水霧作用總時(shí)長(zhǎng)為300s。模擬過程中，只有中間火源車廂的八個(gè)噴頭會(huì)啟動(dòng)。細(xì)水霧噴頭的參數(shù)如表1所示。

1.3?氮?dú)鈪?shù)設(shè)置

氮?dú)夤δ?個(gè)噴頭，在使用時(shí)同時(shí)噴放，其具體參數(shù)如表2所示。

1.4算例

為研究地鐵車廂內(nèi)滅火系統(tǒng)的特性，本文設(shè)置3種工況，即：在通風(fēng)條件下無細(xì)水霧滅火系統(tǒng)、有細(xì)水霧滅火系統(tǒng)以及氮?dú)?細(xì)水霧滅火系統(tǒng)同時(shí)作用。選用火災(zāi)模擬軟件FDS進(jìn)行模擬分析。

2.結(jié)果與分析

設(shè)定車窗在600℃破裂，此時(shí)通風(fēng)由車體兩端連接部位的開口和破裂的車窗提供。比較分析有無細(xì)水霧滅火系統(tǒng)及氮?dú)鉁缁鹣到y(tǒng)對(duì)滅火效果的影響，其中氮?dú)夂图?xì)水霧滅火系統(tǒng)同時(shí)在10s時(shí)開始噴放，持續(xù)300s。

圖5給出了車廂平均溫度隨時(shí)間變化曲線圖。由圖可知當(dāng)細(xì)水霧滅火系統(tǒng)以及氮?dú)?細(xì)水霧滅火系統(tǒng)開始作用后，溫度迅速降低，車廂內(nèi)溫度得到了有效的控制;當(dāng)滅火系統(tǒng)都停止作用時(shí)，車廂度便迅速回升，最終能達(dá)到和無細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作用時(shí)一樣的溫度。這說明，車窗破裂且施加細(xì)水霧滅火系統(tǒng)和氮?dú)?細(xì)水霧滅火系統(tǒng)雖然可以有效的控制火災(zāi)的規(guī)模，但是在300s內(nèi)，兩種滅火系統(tǒng)均不能將油池火完全撲滅。

圖7和圖8分別是車廂平均CO和CO₂濃度隨時(shí)間變化曲線圖，可以看出，在不同情況下，兩者濃度的變化趨勢(shì)相同。當(dāng)無細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作用時(shí)，火災(zāi)初期，兩者濃度上升迅速，隨后濃度在一段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)波動(dòng)?；馂?zāi)后期，兩者濃度上升。這說明，兩種滅火系統(tǒng)中，車廂CO和CO₂濃度均有降低;但是當(dāng)兩者均失去作用時(shí)，車廂1.5m處平均CO濃度和平均CO₂濃度均迅速回升至沒有細(xì)水霧滅火系統(tǒng)作用時(shí)的狀態(tài)。

3.結(jié)束語

通風(fēng)條件下，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)和氮?dú)?細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的滅火效果體現(xiàn)在其可以有效降低車廂內(nèi)部溫度，控制有害氣體濃度，延長(zhǎng)可用的安全疏散時(shí)間，但不能撲滅極端庚烷油池火;添加氮?dú)獾臏缁鹣到y(tǒng)可以延緩車窗破裂的時(shí)間。

【參考文獻(xiàn)】

[1]朱偉，陳呂義.通風(fēng)條件下細(xì)水霧滅火的臨界水流率[J].燃燒科學(xué)與技術(shù)，2008（05）：412-416.

[2]王鑫. 水滅火系統(tǒng)對(duì)地鐵隧道中人員疏散的影響研究[D].沈陽航空航天大學(xué)，2015.

項(xiàng)目支持：2016年國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題《城市軌道交通裝備本構(gòu)安全技術(shù)》（項(xiàng)目編號(hào)：2016YFB1200404）