B型地鐵列車側壁材料耐火性探究

武超

【摘? 要】本文筆者對B型地鐵列車側壁材料的防火性進行了分析研究，并在文章中詳細闡述了B型地鐵列車側壁材料耐火性材料的研究實驗方法，詳細總結了研究實驗方法原理、數據模型建立以及結果對比流程。

【關鍵詞】B型地鐵列車;側壁結構;耐火性

引言

地鐵列車的側壁結構對列車的防護性有直接的影響，而在列車運行過程中火災發生的可能性相對比較大，危害性也比較大，對于列車側壁耐火性研究對于整個地鐵列車的防護性研究直觀重要。

1.原理介紹

列車運行中，列車材料的強度性能，機械性能、耐火性和抗腐蝕性能都對列車的運行起到非常重要的作用。而在研究B型地鐵列車側壁材料的耐火性能中，是針對地鐵列車側壁結構安全性進行的試驗檢查。在B型地鐵列車實際檢查的過程中重要應用的試驗方法是Pyrosim軟件計算方法，在試驗中將B型地鐵車輛的各項數據都建入到Pyrosim 軟件模型當中，模擬B型地鐵車輛在遭遇火災過程中實際的熱釋放速率、溫度、煙、火及毒氣的變化情況。并且在本次試驗中，試驗的列車側板主要材料包括鋁合金材料和玻璃鋼材料兩種，通過對比兩種材料的各項抗火數據，選擇使用耐火性更加良好的側壁材料。

Pyrosim軟件可以被稱作為火災動態仿真模擬軟件，在Pyrosim軟件當中不僅應用了可視化的三維圖形處理模塊，還包括火災詳細資料輸入模塊，輸入模塊中包括火災數據建模、火源數據設置、材料燃燒條件和燃燒性能參數設置等多模塊，通過各模塊的參數設計合理的實現模型建立和數字對比。

在Pyrosim軟件進行數據計算的過程中，應用到的基本原理就是計算流體力學。在Pyrosim軟件進行計算的過程中主要包括以下兩部分內容;（1）在Pyrosim軟件計算中采用Navier-Stokes 方程計算熱驅動流動值，從而能夠有效的了解到模擬火災場景中煙氣流動和熱傳遞過程。（2）利用Pyrosim軟件可以利用有限體積方法計算網格中的熱輻射資源，包括列車模擬場景內部底板、車體各個部位的溫度、熱釋放速率以及煙氣濃度等數值，從而有效的展現地鐵列車模擬產生的火災情況，和材料耐火情況。

2.模型的建立與仿真

在進行Pyrosim軟件數值試驗過程中，第一步就是進行模型仿真建立，建立模型主要是在Pyrosim軟件中輸入相應的實際數據，便于模型建立和數值計算。主要包括三個方面;（1）將B 型地鐵車輛的實際值輸入到模型系統當中，其中包括B 型地鐵車輛的高度、寬度、長度、空間體積，側壁材料厚度設計、門窗通風性設計、內部其他材料尺寸以及各項性能參數輸入。（2）將側壁材料數據輸入到軟件當中。本次試驗主要檢測的就是B 型地鐵車輛側壁結構材料的耐火性，所以檢測中應該分別輸入設計好的仿真材料性能。本次試驗主要選擇玻璃鋼側壁材料和鋁合金側壁材料兩種材料各項參數條件（如表1）所示。（3）為了方便直觀的觀察兩個材料的耐火性，應該遵循對比條件一致的試驗原理，所以兩種材料在模擬火災的過程中，應該選擇使用同種燃燒模型，燃燒仿真性一致，才能保證試驗數據更加精準。

在進行Pyrosim軟件模型試驗的過程中，為了方便在試驗中測量各項數據比例，應該在模擬車廂內部設置相應的傳感器和slice 面等實施檢測裝備，從而能夠有效的抱枕數據記錄的效率。而在本次試驗中，為了仿真火災和充分燃燒情景，將國原單位熱釋放速率和火源面積進行了數據計算，其中單位熱釋放速率為2500 kW/m 2，而火源面積則確定為0.09 m 2。

3.仿真結果對比

3.1熱釋放速率結果對比

在材料耐火性對的過程中，熱釋放速率值對比在一定程度上影響著材料的耐火性，所以在仿真實驗中應該對材料的熱釋放速率進行計算分析對比。材料的熱釋放速率具體就是指材料在燃燒的過程中單位時間所產生的熱量值。而在本次仿真實驗中，實驗的總體時間達到了1000s中，其中在具體的計算過程中，我們根據兩種材料的燃燒分為前期、中期和后期三個階段。前期階段具體就是指材料燃燒時間400s之內。中期階段具體是指材料燃燒的400s-600s范圍之內，而材料燃燒的后期階段則是在600s-1000s的范圍之內，而通過模擬仿真實驗數據對比計算我們發現，鋁合金材料和玻璃鋼兩種材料在同一火源、燃燒面積相同以及通風條件都一致的情況下，除了中期階段玻璃鋼材料的熱釋放率要高于鋁合金材料的熱釋放率，前期和后期階段的兩種材料的熱釋放率幾乎一致。另外，通過數據研究發現，玻璃鋼材料的熱釋放率值最大為9.6MW.而燃燒時間在460-470s之間。而鋁合金材料的熱釋放率值最大為8.1MW，鋁合金材料的最大熱效率值燃燒時間在500-505s之間。鋁合金模型的燃燒速度相比于玻璃鋼模型的燃燒速度相對要慢，而燃燒速度慢就有利于地鐵列車人員進行安全逃生。

3.2溫度場的比較

在B 型地鐵車輛進行試驗的過程中，溫度場因素也直接影響到火災的危險程度。據火災危險相關知識數據顯示，在火災發生的過程中，人體能夠承受的直接煙氣和熱度不應該超過60攝氏度，如果超過60攝氏度人體受到的危害就相對比較大。利用Pyrosim軟件對火災發生中的溫度場進行了分析比較，其中包括對兩種材料的同一位置處的溫度場進行比較結果發現。鋁合金模型的熱場溫度達到60攝氏度是總計燃燒時間在175s-180s時間段內。而玻璃鋼模型熱場溫度達到60攝氏度范圍時的燃燒時間范圍在160s-165s范圍之內。所以，通過數據對比發現，鋁合金側壁材料相比于玻璃鋼材料的安全性系數更高。

3.3 CO濃度比較

利用Pyrosim軟件建模試驗中，還要對煙氣危害進行對比，在火災發生過程中，煙氣危害也比較嚴重，而在火災發生中CO是主要的危害物質，所以為了有效的分析鋁合金材料和玻璃鋼材料的耐火性和安全性，也要對兩種材料燃燒產生的CO濃度進行對比。而通過Pyrosim軟件模擬數據對比可以發現，在1000s的燃燒時間之內，分為三段燃燒時間，其中那個在中間400s-600s時間范圍之內，玻璃鋼的煙氣濃度要比鋁合金的煙氣濃度要高。且與熱釋放速率變化相同，鋁合金材料的煙氣濃度最高值在600s左右，而玻璃鋼煙氣濃度的最高值在450s范圍之內，且鋁合金煙氣最高濃度值為2.5x10-4Kg/m3，而玻璃鋼的煙氣濃度最高值為2.9X10-4Kg/m3。所以，相比較之下，鋁合金的側壁材料的耐熱性更好，安全性更高。

4.結束語

本文筆者從熱釋放速率、溫度場以及一氧化碳濃度三個方面進行了比較，鋁合金材料的各方面數據值都要低于玻璃鋼材料。所以，B型地鐵列車的側壁材料中，鋁合金材料的耐火性更好，安全性更高。

參考文獻

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