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地铁车站敞开楼梯空气幕防火防烟分隔技术研究

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第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.1.1 地铁火灾概况

1.1.2 地铁火灾的特点及其危害

1.2 国内外应用及研究现状

1.2.1 空气幕系统发展简介

1.2.2 国内外空气幕发展概述

1.2.3 国内空气幕应用研究情况

1.2.4 国内外空气幕应用研究情况对比

1.3 研究目标和研究内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容与技术路线

1.4 章节结构安排

第2章 全尺寸实验与数值模拟研究基础介绍

2.1 引言

2.2 地铁火灾的实验研究与数值模拟研究方法

2.3 地铁火灾中人员安全标准

2.3.1 人员安全疏散要求

2.3.2 能见度

2.3.3 温度

2.3.4 热辐射

2.3.5 有毒气体浓度

2.4 地铁烟气运动的理论分析

2.4.1 烟气的产生以及特性

2.4.2 地铁烟气运动的研究情况

2.4.3 地铁站火灾烟气流动

2.4.4 地铁站火灾烟气流动的基本方程

2.4.5 地铁站烟气运动相似性分析

2.5 地铁烟气研究的数值模拟基础

2.5.1 数值模拟研究主要内容

2.5.2 CFD数值模拟基础

2.5.3 FDS软件简介

2.6 本章小结

第3章 空气幕挡烟效果全尺寸数值模拟研究

3.1 引言

3.2 模型及场景介绍

3.2.1 合肥地铁介绍

3.2.2 火灾场景分析与设计

3.2.3 数值模型的建立

3.2.4 模拟工况设置

3.3 模拟结果对比分析

3.3.1 不同空气幕风速对挡烟效果的影响

3.3.2 空气幕单独作用时改变前倾角

3.3.3 有排烟有补风时有无空气幕效果对比

3.3.4 空气幕开启时,有无排烟补风的对比

3.3.5 有无喷淋作用空气幕挡烟效果

3.3.6 幕代替空气幕的挡烟效果

3.3.7 细水雾代替空气幕的挡烟效果

3.4 空气幕对人员疏散影响研究

3.4.1 温度变化对比

3.4.2 CO浓度变化对比

3.4.2 能见度变化对比

3.5 本章小结

第4章 全尺寸实验设计与工况

4.1 引言

4.2 实验现场改造及设计

4.2.1 站台区域隔离

4.2.2 楼扶梯口封堵

4.2.3 站台局部垫高实现

4.2.4 排烟系统搭建

4.2.5 风幕系统搭建

4.3 实验参数测量系统设计及设备

4.3.1 火源设计

4.3.2 温度采集系统

4.3.3 视频摄像系统

4.4 实验工况设计

4.5 本章小结

第5章 全尺寸实验结果对比分析

5.1 引言

5.2 风幕机出口射流速度与电压关系

5.3 风幕机出口射流速度对挡烟效果的影响

5.3.1 火源距离扶梯口16.5 m

5.3.2 火源距离扶梯口10.5 m

5.3.3 火源距离扶梯口5.5 m

5.4 风幕机出口射流角度对挡烟效果的影响

5.4.1 风幕倾角15度

5.4.2 风幕倾角30度

5.4.3 行李火灾,距离5.5 m,风幕倾角15度

5.5 站台排烟系统开启对风幕挡烟效果的影响

5.6 典型实验工况与模拟对比分析

5.6.1 对比典型工况的模拟工况

5.6.2 火源距空气幕5.5 m

5.6.3 火源距空气幕10.5 m

5.6.4 火源距空气幕16.5 m

5.7 本章小结

第6章 空气幕技术研究成果工程应用

6.1 水阳江路地铁站基本情况

6.2 地铁站防排烟设计情况

6.2.1 防烟分区设计情况

6.2.2 防排烟系统设计情况

6.3 技术方案以及空气幕选取

6.4 技术应用试验测试以及效果分析

6.5 研究结果应用推广

6.6 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 本文主要工作及结论

7.2 本文创新点

7.3 下一步工作展望

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

参考文献

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摘要

改革开放之后我国的城镇化水平不断提高,城市区域不断扩大,城市交通压力也随之加剧。地铁作为一种先进的城市轨道交通,可以为城市交通快速运行提供充足的保障,所以现地铁建设许多城市都得以兴起,但是地铁本身存在许多安全隐患,作为一种营运线路庞大线路复杂的下交通工具,运行环境不同于一般的地上交通,具有的人流量大、疏散通道单一等特点,一旦发生火灾,及其容易造成群死群伤的事故。为了保证地铁火灾发生时人员的安全疏散、减小财产损失,地铁的排烟系统和疏散管理系统进行合理的设置就显得十分必要。
  因而,针对地铁车站防火防烟分隔技术研究就显得非常迫切。在火灾防治方面,为了让地铁的消防设计更加具有科学性,要对不同类型的防火防烟分隔技术的挡烟效果进行研究。空气幕是在当今建筑物中,尤其在地铁车站中使用较为广泛的一种防火防烟分隔技术,其挡烟效果的有效性主要受空气幕风速和倾角影响。因此,本文通过理论分析、数值模拟以及全尺寸实验三个方面研究了不同空气幕风速和不同倾角对其挡烟效果的影响,并得出作为合理选取依据的结论。
  首先依据理论基础进行分析,然后利用计算机模拟展开了更为全面得到全尺寸实验。最后,基于合肥水阳江路地铁站开展了全尺寸的实地实验研究。
  本项目主要目标是通过理论分析、模拟计算和实验研究,给出地铁车站敞开楼梯间空气幕挡烟的效果,建立空气幕挡烟效果与火源功率、烟气层厚度之间的关系,并考虑机械排烟、喷淋系统对烟气流动的影响,确定空气幕挡烟的临界速度、风向要求,为地铁车站空气幕挡烟的应用提供技术支持。
  研究内容包括:
  1)研究空气幕在地铁车站敞开楼梯应用时时的最佳挡烟速度与角度等设计参数要求。
  2)研究站台排烟和补风对空气幕的影响,确定排烟速率、挡烟垂壁对空气幕挡烟效果的影响。
  3)研究水喷淋作用导致烟气浮力减小情况下,空气幕对低温烟气的掺混效果,确定水喷淋对挡烟效果的影响。
  利用FDS模型,针对实际的地铁车站开展空气幕挡烟的数值模拟计算,对空气幕挡烟流场进行分析,与理论研究结果进行对比,确定空气幕挡烟的设计要求。最后,在地铁车站内开展全尺寸实验,得到典型火源功率下的实验数据;测试典型火源功率下,空气幕挡烟效果的有效性;同时验证数值模拟的有效性。
  根据文中的数值模拟和全尺寸实验得出的结果,建议空气幕在地铁车站敞开楼梯应用时,设置喷气速率为5-7m/s,角度为15~30度。在火灾发生后,风幕挡烟技术可以作为在火灾发生初期的一种有效的工具,而在烟气蔓延过程中风幕在不影响排烟系统排烟的情况下可以有效地阻止烟气的蔓延,因此风幕挡烟技术是一种行之有效的烟气阻挡技术,应该适当加强空气幕在地铁车站楼扶梯口处应用推广和普及。

著录项

  • 作者

    吴振坤;

  • 作者单位

    中国科学技术大学;

  • 授予单位 中国科学技术大学;
  • 学科 能源与环保
  • 授予学位 博士
  • 导师姓名 汪箭,高松;
  • 年度 2015
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 U231.96;
  • 关键词

    地铁工程; 空气幕; 防烟分隔技术; 数值模拟;

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