通風條件對地鐵車廂內氮氣-細水霧滅火特性的影響分析

劉增旭 劉鵬 肖景洋 劉博 趙賽

摘要：本文以某地鐵車廂為例，基于火災動力學模擬軟件FDS，建立了列車火災模型，研究了無細水霧滅火系統作用、有細水霧滅火系統作用、氮氣-細水霧滅火系統同時作用三種情況下通風條件對滅火效果的影響。結果表明：有細水霧和氮氣作用可以有效降低車廂內部溫度，控制有害氣體濃度，延長可用的安全疏散時間。

【關鍵詞】細水霧;氮氣-細水霧;滅火系統;滅火特性

地鐵的不斷普及在給我們帶來出行便利的同時也給我們帶來很大的安全風險問題。如今，地鐵列車發生火災的情況時有發生，后果十分嚴重。

現有研究表明，通風條件對細水霧滅火系統的滅火性能存在影響。等將數值計算和實驗模擬相結合，研究通風條件下細水霧抑制木垛火的性能;發現，在隧道中加入細水霧滅火系統能夠有效的延長疏散時間。

本文以三節車廂為模型，由車體兩端連接部位的開口和破裂的車窗提供通風條件，研究車廂內無細水霧滅火系統作用、有細水霧滅火系統作用、氮氣-細水霧滅火系統同時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。該模型由三節車廂組成，每節車廂的尺寸為19m×2.8m×2.8m，有10個窗戶，8扇門。選用3.6m²庚烷油池火作為模擬列車中15MW的火源。火源設置在中間車廂。

模擬過程中在車廂內設置測點監測CO，CO₂濃度的變化，測點布置在距列車車廂底部1.5m處，布設位置見圖2。每節車廂共選用36個測點，測點之間的距離是0.5m。

每節車廂共8個細水霧噴頭，如圖3所示。對稱區域中細水霧噴頭的距離為2.5m。

1.2?細水霧參數設置

模擬中設置細水霧噴頭在10s時啟動，噴射持續時間為300s，在310s時停止噴射，細水霧作用總時長為300s。模擬過程中，只有中間火源車廂的八個噴頭會啟動。細水霧噴頭的參數如表1所示。

1.3?氮氣參數設置

氮氣功能8個噴頭，在使用時同時噴放，其具體參數如表2所示。

1.4算例

為研究地鐵車廂內滅火系統的特性，本文設置3種工況，即：在通風條件下無細水霧滅火系統、有細水霧滅火系統以及氮氣-細水霧滅火系統同時作用。選用火災模擬軟件FDS進行模擬分析。

2.結果與分析

設定車窗在600℃破裂，此時通風由車體兩端連接部位的開口和破裂的車窗提供。比較分析有無細水霧滅火系統及氮氣滅火系統對滅火效果的影響，其中氮氣和細水霧滅火系統同時在10s時開始噴放，持續300s。

圖5給出了車廂平均溫度隨時間變化曲線圖。由圖可知當細水霧滅火系統以及氮氣-細水霧滅火系統開始作用后，溫度迅速降低，車廂內溫度得到了有效的控制;當滅火系統都停止作用時，車廂度便迅速回升，最終能達到和無細水霧滅火系統作用時一樣的溫度。這說明，車窗破裂且施加細水霧滅火系統和氮氣-細水霧滅火系統雖然可以有效的控制火災的規模，但是在300s內，兩種滅火系統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相同。當無細水霧滅火系統作用時，火災初期，兩者濃度上升迅速，隨后濃度在一段時間內出現波動。火災后期，兩者濃度上升。這說明，兩種滅火系統中，車廂CO和CO₂濃度均有降低;但是當兩者均失去作用時，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水霧滅火系統作用時的狀態。

3.結束語

通風條件下，細水霧滅火系統和氮氣-細水霧滅火系統的滅火效果體現在其可以有效降低車廂內部溫度，控制有害氣體濃度，延長可用的安全疏散時間，但不能撲滅極端庚烷油池火;添加氮氣的滅火系統可以延緩車窗破裂的時間。

【參考文獻】

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

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

項目支持：2016年國家重點研發計劃課題《城市軌道交通裝備本構安全技術》（項目編號：2016YFB1200404）