應急逃生窗打開方式對高鐵火災熱釋放速率研究

李鎮韜 苗彪彪

摘要：動車已經成為如今人們出行中的重要交通工具，動車的安全性直接關系到社會大眾的生命安全。文中，利用Pyrosim軟件建立模型，模擬不同工況，針對應急逃生窗打開方式對高鐵火災熱釋放速率進行分析，為提高動車安全性提供支持。

關鍵詞：動車; 高鐵; 應急逃生窗; 火災

1? ?引言

眾所周知，在我國動車是現如今出行常見的交通工具，關乎著我國的經濟大動脈[1]。就普通火車而言，動車舒適度更高、速度更快以及晚點率低。所以對于動車的危險性我們也要進一步了解[2]，由于動車車廂是狹長的空間，開口有限，通風只能靠逃生窗、車門以及車頂通風口[3，4]。本文選擇CRH3C中第五節車廂（含小賣部）為參照對象，運用Pyrosim軟件建立模型[5]，模擬不同工況，對比火源功率與不同的逃生窗打開方式對火源熱釋放速率的影響，得到了動車發生火災時，不同的火源功率帶來的車廂熱釋放速率以及對應的逃生窗打開與否建議。

2? ?Pyrosim模型和工況設置

2.1? 模型的建立

本文選擇合肥到義烏的G7638次列車（型號CRH3C）為模擬對象，從中選擇第五節車廂作為建模基準。內部布置見圖1。

創建車廂模型尺寸為26mX3.9mX2.5m（長X寬X高），網格大小為0.1X0.1mX0.1m，共253000個網格，模擬時間定為600s。模擬設置的火源尺寸為0.5mX1.0m，放置在車廂的中間。每隔5米布置三個熱電偶，用來測量O2濃度、CO2濃度以及溫度。

2.2? Pyrosim模擬工況

為了驗證火災發生時，火源功率大小與救生窗打開方式對火災的熱釋放速率影響，本文共設置了三組共十二種工況火災進行對比，如表1所示。

3? ?模擬結果與分析

3.1? 火源功率500kw情況下，不同逃生窗打開方式對車廂熱釋放速率的影響

四種場景下，熱釋放速率在420s之前變化相差不大，四種場景都在100s附近達到第一個峰值300kw左右。火源功率500kw條件下，車廂內熱釋放速率和火源處O2濃度曲線見圖3。

在動車發生火災且火源功率不大（500kw左右）這種情況下，綜合車廂熱釋放速率、溫度和煙氣濃度，建議是選擇打開所有逃生窗這種應急措施，可以有效減小煙氣濃度，其次的應對措施是逃生窗全不打開和僅打開火源處的兩個逃生窗，最差的應急措施是只打開火源遠處逃生窗。

3.2? 火源功率1000kw情況下，不同逃生窗打開方式對車廂熱釋放速率的影響

在火源功率為1000kw的工況下，火源附近的熱電偶顯示，四個火災場景1000-close、1000-only、1000-other以及1000-open，火源附近最高平均溫度分別為261℃、1069℃、1084℃以及444℃;車廂內最大熱釋放速率分別為928kw、12800kw、15100kw以2260kw。四個火災場景在0-80s之間熱釋放速率變化不大，80s之后熱釋放速率顯示差異。火源功率1000kw條件下，車廂內熱釋放速率和火源處O2濃度曲線見圖4。

上述的四種場景，我們可以得知，只有逃生窗全不打開這種工況下，點火源自身熱釋放速率500kw（火源功率X火源面積=1000X0.5X1=500kw）與穩定之后的平均熱釋放速率614kw相差不大，其他工況穩定之后的平均熱釋放速率都遠超500kw。在點火源為1000kw的時候，待人員退到其他車廂，迅速封閉整個車廂是最好的應急措施，其次應急措施是打開所有逃生窗。

3.3? 火源功率2000kw情況下，不同逃生窗打開方式對車廂熱釋放速率 的影響

在點火源功率達到2000kw時，0-60s四種工況熱釋放速率曲線變化基本一致，60s之后由于點火源不斷的點燃附近的可燃物，車廂內熱釋放速率迅速上升，造成車廂內轟燃，到達峰值后，熱釋放速率逐漸穩定并開始回落。火源功率2000kw條件下，車廂內熱釋放速率和火源處O2濃度曲線見圖5。

上述的四種場景，我們可以得知，在火源功率達到2000kw時，除了逃生窗全部關閉這種工況，其他的三種工況，在60s逃生窗開啟之后，新涌入的空氣迅速的和點火源接觸，從而使整個車廂進入轟燃階段，直到可燃物消耗殆盡才停止燃燒。表明在點火源為2000kw的時候，打開逃生窗，外界空氣涌入之后會迅速造成整個車廂轟燃。此時若是乘客為了逃生，慌亂之中打開逃生窗，會導致整個車廂熱釋放速率迅速飆升，造成整個車廂和人員安全受到嚴重威脅。

4? ?結語

（1）在點火源功率為500kw條件下，由于點火源功率不大，車廂大部分可燃物都沒有被點燃，此時，車廂內可燃物對火源熱釋放速率的貢獻可忽略不計。此時打開所有逃生窗，可以使車廂內有毒氣體的濃度變低以及溫度降低。

（2）在點火源功率為1000kw條件下，由于點火源功率偏高，此時逃生窗的打開方式尤為重要。僅打開點火源附近逃生窗以及打開點火源遠處的逃生窗都會導致車廂內發生轟燃狀態。發生火災時，可能會有乘客慌亂之中打開不恰當的逃生窗，導致車廂轟燃。所以發生火災時的秩序需要得到維護，待人員退到相鄰車廂，關閉通道，讓車廂內氧氣耗盡，自動熄滅。

（3）在點火源功率為2000kw條件下，由于點火源功率很大，車廂大部分可燃物在短短時間內被相繼點燃，此時打開任意逃生窗都會導致車廂內發生轟燃，對人員造成嚴重威脅。

作者簡介：

李鎮韜，在讀研究生，研究方向：防災減災。

苗彪彪，碩士研究生，研究方向：防災減災。

參考文獻：

[1]? ?闕光旭.芻論高鐵行業對中國經濟發展的影響和重要意義[J].中國戰略新興產業，2017，（20）.

[2]? ?張山虎.動車組列車火災安全分析與評估研究[D].成都：西南交通大學，2011年.

[3]? ?李紹平.成都動車存車場火災危險性數值模擬分析[D].成都：西南交通大學，2010年.

[4]? ?閆? 莉.基于FDS 模擬高鐵中行李數量對火災危險性的影響[J].消防技術與產品信息，2015，（04）.

[5]? ?李? 霞，林建輝.高速列車熱釋放速率模型的驗證[J].重慶理工大學學報，2014，（08）.