火灾数值模拟研究FDS开题报告.doc

毕业设计(论文)开题报告学生姓名： 学 号： 所在学院： 城市建设与安全工程学院 专 业： 安全工程专业 设计(论文)题目： 地铁车厢火灾的数值模拟研究 指导教师： 2013年1月9日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述1 地铁火灾研究的概述：在现代大都市中，地铁是一种非常重要的公共交通工具，在人们的生活中发挥着越来越重要的作用，它提供给人们的便利是其它交通工具所无法替代的。但是，由于地铁属地下建筑，建筑结构特殊，而且客流量大、人员集中，所以一旦发生火灾，特别容易造成群死群伤的严重后果。以下是近年来全球地铁发生的几起重大灾难事故： 时间地点伤亡损失情况1982-03-16美国纽约地铁伤86人、1节车厢被毁坏1987-11-18伦敦国王十字地铁站32人死亡，100多人受伤1991-04-16瑞士苏黎世地铁机车1人死亡，100多人受伤、售票厅被烧毁1995-10-29埃塞拜疆首府巴库列车558人死亡，269人重伤1998-01-01俄罗斯莫斯科地铁3人受伤1999-06俄罗斯圣彼得堡地铁车站6人死亡1999-10韩国首尔郊外的地铁55人死亡2001-08英国伦敦发生地铁6人受伤2001-08-30巴西圣保罗地铁1人死亡，27人受伤2003-02-18 韩国大邱市中央路地铁车站198 人死亡、146 人受伤1996年至今北京地铁共发生151 起火灾，多人伤亡 在所有统计的地铁火灾事故中，造成大量人员伤亡主要原因并不是烧伤，而是因为再地铁站内人员疏散不及时，导致大量人群滞留危险区域，燃烧过程中形成的烟气扩散后使站台内能见度降低，客观上增加了疏散的难度。与此同时造成被困人员心理恐慌，发生拥挤踩踏，更加阻碍了疏散速度，极易造成群死群伤事故。此外据统计，地铁火灾中地铁列车起火引起的占46%，大部分列车火灾事故发生在车厢内，尤其以前生产的地铁车厢，内部装饰材料、座椅大多是可燃材料，或由于乘客携带的易燃品，或由于机械故障、电气故障等引起的地铁车厢着火。1而目前全世界已有100多座城市开通了300多条地铁线路，总长度超过6000公里。我国自1965年7月1日在北京动工修建地铁以来的40年中，相继又在天津、香港、上海、深圳、南京和广州等六座城市开通了地铁，正式拉开了我国城市地铁建设序幕。目前，我国有13个城市已经运行或正在修建地铁。因此，开展对地铁车厢火灾形成和发展过程的研究，对此进行数值模拟分析，同时对地铁站台的安全疏散进行分析，对地铁的安全运行有非常重要的科学和现实意义。 2 国内外研究现状和发展趋势：对地铁火灾的研究已经在国外开展了较长时间，主要是针对列车内火灾的研究。地铁火灾主要可燃物包括列车车体的地板，窗体，墙壁及天花板材料，座椅及装饰材料，旅客携带的行李物品，地铁站内的多种可燃物等。1966年美国宾夕法尼亚州进行的地铁火灾实验中已经开始对列车内应用材料的燃烧性能进行研究，主要是评估座椅材料的安全性。从90 年代中期开始，美国国家技术与标准研究院（NIST）对列车内火灾危险度的量化作了一个系统的研究，Peacock 回顾了美国和欧洲对列车火灾所做的研究工作，其主要是根据小尺寸实验结果评估材料的火灾特性，其后进行了三个阶段的研究工作，第一阶段重点是利用小尺寸实验及锥形量热计的实验数据对列车车厢内的可燃材料的火灾危险度进行分析；第二阶段是利用家具量热计等大尺寸实验设备对列车内的一些组件进行研究，对不同列车进行了火灾危险分析；第三阶段是利用实际列车实验与前两阶段的结果进行了对比分析。2 我国对地铁火灾的研究起步比较晚，一些科研单位和科研人员在这方面作了一些工作，西南交通大学的冯炼分析了地铁火灾烟气流动的物理模型和数学模型，在计算中对地铁系统进行了简化。西南交通大学的TEST程序可以模拟地铁各种正常运行环境下的空气速度、温度、湿度、隧道壁影响及列车的各运行参数及空调负荷，可预测中长期地铁内各参量的变化，并在此基础上对夏季夜间蓄冷和冬季蓄热方法对地铁系统的影响进行分析。中国科技大学火灾科学国家重点实验室开发了区域模拟软件FAC3区域模拟可以对火灾燃烧系统进行较大简化的同时，尽可能保留火灾燃烧系统的复杂性机制，从而有可能以较小的计算代价来揭示火灾系统的复杂性特征。中国上海一荷兰鹿特丹友好城市技术协议的课题成果之一的CHMES地铁环境模拟计算程序可以对地铁系统的火灾工况进行仿真模拟。上海市隧道工程轨道交通设计研究院郑晋丽曾以深圳地铁一号线和四号线为例就CHMES计算机程序模拟计算结果和环控系统初步设计中部分设计参数运用作初步分析。南京的地铁模拟环控也曾使用了该软件。3 研究路线：查阅有关文献资料，了解地铁车厢火灾特点 查阅资料并进行现场调研，分析南京地铁车厢内的可燃材料熟悉FDS软件的使用制定数值模拟研究方案 开展数值模拟研究对数值模拟结果进行分析处理，得出结论 4 总结 本次研究确立了南京地铁列车的主要火灾安全目标、通过对列车的火灾危险性分析、危险源辨识、烟气温度变化的分析，及车站的实地勘察，运用FDS软件模拟出列车内不同位置发生火灾时烟气的流动情况和温度的分布。对于火源功率的设定国外发达国家对于此问题的研究大都采用 550 MW ,且重点研究 10 M W 情况的火灾实验 。香港周允基教授在常用交通工具火灾中给出地铁火灾的热释放速率峰值约为 35 MW ,地铁车辆火灾后 25 m i n时相应的热释放速率变化范围在 8 13 MW 。中国矿业大学程远平教授给出一节车厢火灾的最大热释放速率为 23.8 MW , 3 节车厢火灾的最大热释放速率为 50.9 M W。 冯炼在模拟计算中采用的列车火灾热释放速率峰值为 13.6 MW 。根据我国相关的轨道交通工程安全预评价报告 ,地铁列车车厢发生火灾后的热释放速率峰值一般可取为 6.8 MW ,火灾将在 380 s时达到峰值 ,清华大学陈涛等研究人员按照最不利原则 ,取该场景下的火灾热释放速率为标准场景的 1.5 倍 ,对应的热释放速率峰值为 10.2 MW ,火灾达到峰值的时间为233s 。因此在本项研究中分别设置了火源功率为7.5MW、10MW和13MW三种情况进行模拟。通过这项研究，使得对地铁车厢火灾的发展过程有个清晰的认识，对地铁车厢的整体安全情况有了一个细致的了解，并以此制定相应的人员疏散计划。5 参考文献：1 杜宝玲国外地铁火灾事故案例统计分J火灾调查与分析，2007，（2）：2142172 杨立中，邹兰地铁火灾研究综述J工程建设与设计，2005，（11）：8123 冯炼,刘应清.地铁火灾烟气控制的数值模拟J地下空间，2002，22：61954 李凤, 兰彬等. 地铁火灾场景特性研究Z. 国家科技成果, 2008.095 GB50157-2003地铁设计规范S6 地下铁道设计规范S.北京：北京国家技术监督局,中华人民共和国建设部，1993.7 王铭珍. 一次鲜为人知的地铁火灾 J. 劳动保护, 2005.11 8 肖枫. 速決之战地铁火灾略谈 J. 上海消防, 1994.06 9 金康锡;. 谁来保障地铁安全韩国大邱地铁火灾的教训和启示 J. 中国减灾, 2005.09 10 崔泽艳;. 地铁火灾的特点及防护 J. 中国减灾, 2007.06 11 周荣义,黎忠文. 地铁火灾的防范与疏散 J. 工业安全与环保, 2005.11 12 朱伟,卢平,廖光煊,厉培德,洪亦修. 地铁车站出入口火灾烟气特性的模拟研究 J. 中国工程科学, 2005.02 13 张天巍;郭惠;. 地铁火灾的特点及原因分析 J. 中国科技信息, 2007.17 14 王丽晶,傅建桥. 移动式排烟装备在地铁火灾中的应用研究 J. 消防科学与技术, 2005.0515 李铃. 基于FDS的室内火灾动力学研究J. 科技信息. 2011(36)16 Fire Dynamics Simulator(Version4)-Technical Reference GuideM.NIST.2005 Edition.17 CHOW W K.Application of the Software Fire Dynamics Simulator in Simulating Retail Shop FiresJ.Fire Safety Science,2004,11(2):221-236. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一课题的主要研究内容、途径： 本课题主要是对地铁车厢内发生的火灾进行数值模拟和研究，通过经验公式和地铁实测所得的数据等确定模拟研究的边界条件，采用美国NIST开发的FDS(Fire Dynamics Simulator)程序对地铁车厢在火灾中的状况进行数值分析和模拟计算，分析当地铁列车着火情况下，烟气在车厢内和在隧道及车站蔓延的规律及温度场、浓度场分布特点，研究各种机械防排烟方式对烟气扩散的影响及机械防排烟的效果。采用计算流体力学的方法对地铁站内列车着火情况下多个不同的着火点分别进行模拟，得到烟气的扩散形式及热量的传递规律，着重研究火灾状况下的温度、烟气浓度及火场可视度的变化。在理论分析的基础上，利用FDS(Fire Dynamics Simulator)软件建立地铁车厢发生火灾的数值模拟模型，从而得到有关地铁火灾的一般规