关于地铁隧道内地铁车厢火灾烟气蔓延数值模拟研究
国内外城市轨道交通火灾防灾技术发展研究
国内外城市轨道交通火灾防灾技术发展研究摘要：国内城市轨道交通行业发展迅速，由于大多在地下且运量大，一旦发生火灾，后果将十分严重。
因此，为了保证人身和财产的安全，防火灾技术的发展显得尤为重要。
本文将调研比对国内外的防灾技术，并对国内今后的防灾技术发展提出建议。
关键词：城市轨道交通；防灾；防排烟；消防；地铁0引言目前世界上已有40多个国家和地区的127座城市修建了地铁，线路总长度超过7000公里。
世界上首条地铁是1863年开通的伦敦大都会铁路，国外发达国家的建设高峰期为上世纪70年代。
我国的城市轨道交通行业起步较晚，目前仍有许多城市在积极建设中。
由于城市轨道交通多为地下密闭空间、且有运量大、速度快、存在超长区间隧道等特点，一旦发生火灾，极易造成严重的后果。
2001年英国伦敦地铁爆炸，造成6人受伤；2003年韩国大邱市地铁火灾造成196人死亡，147人受伤，318人失踪；2003年英国伦敦发生列车撞月台引发火灾，造成至少32人受伤。
为了保证人身和财产的安全，发展城市轨道交通的防灾技术至关重要。
本文将针对火灾时常用的防排烟和消防系统，多国内外的技术发展做简单的研究分析。
1国内外防排烟技术现状目前国内城市轨道交通的防排烟系统主要分为地铁车站和区间的防排烟设计。
在车站中主要利用设备用房的风机进行防排烟设计，在站厅和站台的公共区多采用排风和排烟共用系统的形式，以节约空间和建设成本。
对于区间隧道排烟，一般利用布置在车站两端的隧道风机以及排热风机进行排烟，一般采用纵向或者半横向的排烟方式，具体依照规范和具体工程确定。
国内使用的规范主要有GB 51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》、GB 51298-2018《地铁设计防火标准》和GB 50016-2014《建筑设计防火规范》等。
国外目前与火灾相关的规范很多，主流的有美国NFPA 92A《烟气控制系统推荐实施规范》、英国BS 7346《烟和热控制系统部件》、英国BS 5588第四部分《利用加压送风保护疏散通道的防排烟工程规范》等。
地铁车站火灾烟气的蔓延与控制
２ 模型建 立
２ １ 几何模型 ． 本 文 针 对 北 京 地 铁 某 典 型 车 站 的 结 构 形 式， 图 １ 示： 如 所 下层 的 岛式 站 台通 过 两端 的楼 梯与 上 层两 端 的站 厅 连 接 ，一 端 站 厅 有 一个 出 口 Ｂ通 道 通 向室外 地 面 ，另 一 端站 厅 有 两个 出 口 Ａ Ｃ通道通 向室外地面。出 口Ａ、 、 Ｂ的通道截面 均为 ４ ３ 出口 Ｃ的通道截面为 ５ ３ 整个车 ｍｘ ｍ， ｍｘ ｍ。 站长 １３ 宽 ２ ． 中部站台高 ７ ｍ， ６ ｍ， ２ ｍ， ５ ． 两端站厅高 ８
３ ４
连 接 站 台和 站 厅 的 两个 楼 梯 上 方 的 顶棚 下 设 有
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１ ｍ 高 Ｌ型 的 挡 烟 装 置 Ｓ Ｗ （ｍ ｋ ｌ ｋ ｇ ． ５ Ｂ Ｓ ｏｅＢｏ ｉ ｃｎ
ｗｅｌ ｃ ｔｒａ ｏ ｔｅｄ ｓｇ ｆ ｓ ｋ ｃ ｎ ｌ ｙｔｍ ｆｒｕ ｗａ ｌａ ｒ ｅ ｆ ｒ ｓ ｉ ｉ ｈ ｅ ｉｎｏ ａ ｍｏ ｅ ｏ ￣ｏ ｓｅ ｏ ｓ ｂ ｙ ｓ
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【 文章编号］ ０ ７９ ６ （０ ７ ０ —０ ４０ １ ０．４ ７ ２ ０ ） １ ３ －４ ０
地铁车站火灾烟气的蔓延与控制
■ 吕华 汪莉 ’ ， ， 毛军
（一 京科技大学 土木与环境工程学院， １匕 北京 １０８； 北京交通大学土木建筑工程学院， ００３２ 北京 １０４） ００４
基于FDS列车车厢火灾烟气危害分析研究
2013年第39卷第12期D ecem ber2013工业安全与环保I ndust r i al Saf e t y a nd Envi r onm e nt al Pr o t ect i on57基于FD S列车车厢火灾烟气危害分析研究张文海1 (1．广东省安全生产监督管理局广州510060；杨胜州22．广东省安全生产技术中心广州510060)摘要列车车厢是非常特殊的密闭空间，发生火灾烟气危害非常大，是造成群死群伤的主要原因。
本文分析了火灾烟气对人体伤害的主要特点，基于F D S软件采用C FD方法对列车车厢火灾引发的烟气流动进行数值模拟，计算分析了车厢内部火灾时烟气扩散过程，车厢空间各区域烟气浓度分布情况，温度的分布及变化趋势，并讨论分析了紧急状况下烟气和温度变化对列车人员疏散的影响。
关键词数值模拟列车火灾烟气危害H)SA na l ys i s of S m oke H az ar d i n m阻i I l C om par t m e nt Fi r e A cc i dent s bas ed on FD SZ H A N G W enhai l Y A N G She ngz hou2(1．Adm i ni s t ra t i on of W or k Saf et y of G uangdong Provi附白础u510060)A bst r act T he saf et y i ss ue of high—s peed ra i l is t he hot soci al t opi c now．The hi gh—s pe。
d r ai l t r ai n co m part m en t is t he spec i al conf i ne d s p a c e w hi ch w i ll br i ng about i n est i m abl e l osses and i nf l uenc es w h en i t f i r es．I n t h i s paper t he m ai n char ac-t er i st i cs of t he fi r e s m oke o n hum an bod y i s m m l y捌；CFD m et h od i s adopt ed t o si m ul at e t he s m oke f l o w c愿u sed by t r ai n co m part m en t f ire bas ed O i l t he PH O E N I C S sof t w ar e；i t i s cal cul at ed and锄al yzed t he s m oke d陆】si∞proc es s w h eni n锄-par t m ent i nt er nal f i r e，s m oke conce nt r at i on di st r i but i on and t he di st r i but i on a nd chm C ng t r e nd of t em per at ure；a nd a t l ast t he i m pac t of s m oke a nd t em pe rat ure changi ns o n t he evac uat i on i n em er gen cy is di scus sed．K e yW or ds hum e ri ca l si m ul af i on t r ai n fi r e s m oke m ovem ent F D S0引言列车车厢人员密度大，活动空间小，列车处于高速运动状态，一旦发生火灾，火势发展迅速，其造成的损失和影响将不可估量。
地铁建筑结构及事故中烟气流动分析
１前 言
由于 地铁 具 备 高 载运 量 ， 以 及不 会 塞 车 的便 利 ， 使 得 地 铁 成为 ２ ０ 世 纪全
球各大城市的交通命脉。 目前 ， 我国各大城市不惜耗费巨资修建地铁工程 。 在 地 铁 营建 与运 营 过程 中 ， 地 铁 火灾 是不 容 忽视 的问题 。地 铁与 地 面建 筑 或其 他地下建筑相 比有它特殊的性质 ， 它本身是一个相对独立的系统 ， 与外界的 联 系 只有 车站 的 出人 口 ， 空 间 比较 密 闭 ， 而且 站 台 和车 厢 内人 员 密集 ， 并 且 排
４ ． ２双 层 地铁 火 灾烟 气运 动研 究 ４ ． ２ ． １双层 地铁 轨 道 区 火灾烟 气运 动研 究
双层地铁车站（ 无 吊顶、 无排烟 ） 轨道区火灾模拟烟气在Ｘ 、 Ｙ 、 ｚ 方向的蔓
延过程。
２ 我 国地铁 及 地铁 建筑 基本 结构
模 拟 结果 可 以得 出 当地铁 车 站 轨 道 区 内发 生 火 灾 时 ，吊顶 对 火 场 的 影 响主要体现在火灾初期 ， 随着火势的扩大烟气大量产生有无 吊顶对于火场 人 员 疏 散 的影 响就 不 明显 了 。 对 于没 有 吊顶 的情 况 由于 蓄 烟 空 间 的 加大 ， 个城 市 的轨 道 交通 处 于运 营 或试 运 营状 态 ， 在 建线 路 长度 超 过 了３ ９ ｏ ／ ｚ ￣ 里。 在 站 台上 部 将 聚集 大 量 烟 气 ， 如 果 设 置 排 烟 系 统 及 时 地 将 烟 气 排 出 ， 那 么 目前 我 国 的地铁 站 主 要 以单 层 、 双层式为主， 也 出现 了位 于地 下 较 深 的 也 可 以 增加 受 灾 人 员 的安 全 疏散 时 间 。 高温 、 高Ｃ Ｏ浓度 的烟 气 主 要 集 中在 深 埋多 层地 铁 车 站 。 并 且 在 该 区域 烟 气 分 层 比较 明显 ， 而 站 台区 只 有 距 离 火 源 较 近 单层车站站台为岛式结构， 以北京市某单层地铁车站为建模原型。双层 轨 道 区 内 ， Ｏ 浓 度较 高 ， 由于站 台空 间 大 、 结构复杂 ， 车站 站 台为 岛 式结 构 ， 以上 海市 某 双层 地铁 车 站为 建 模 原型 。地铁 区间 隧道 的地 方 和贴 近 顶 棚处 烟 气 温度 和 Ｃ 所以对于整个站台来讲某时刻并 没有绝对 的烟气层高度 ，烟气分层不 明 根据线路不同分为单线和双线隧道， 根据修建方法 的不同分为明挖矩形隧道 显。 和 暗挖 马蹄 形 隧道 。 我 国地 铁 始建 于 １ ９ ６ ５ 年 。 当前 各 地城 市 轨道 交 通 发展 十分 迅猛 ， 已有 １ ０
地铁区间隧道火灾自然排烟模式的研究与应用
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由于 区 间 隧 道采 用 自然 通 风 系 统 在 国 内 尚属 首
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图 ｊ 通 风 竖 井 位 置 及 开 口剖 面 图
Ｆｉｅ Ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ， ｅ ｔ ｍｂ ｒ ２ ０ Ｖｏ ６ Ｎｏ ５ ｒ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ Ｓ ｐｅ ｅ ０ ７， ｌ ２ ， ．
文章 编 号 ： ０ ９ ０ ９ ２ ０ ） ５ Ｏ １ 一Ｏ １ ０ —０ ２ （ ０ ７ ０ 一 ５ ２ ５
１ 前 言
相关 的规定 ， 不 到相关 的依 据 。因此 ， 找 参考 文献 １３ － 、 ３
［ ］ 人 员 逃 生路 线 最 高处 （ 轨 面 ２ ９ｍ） 安全 温 ４将 距 ． 的
域 的大小 取 决于 隧 道 区 间构造 、 火灾 规模 以及 通 风情 况 。笔 者结合 成 都地铁 一号 线南 部浅埋 区间隧道在 国
内首次 采 用 自然 通 风模 式 ， 讨 在 火灾 工 况 下 自然 排 探
烟模 式 的数值模 拟计 算 ， 研究 自然排 烟 的可行 性 ， 点 重 研究 计 算控 制参 数 的确 定 ， 以及 通风 竖 井 间距 大 小 和 区问结 构形式 对 自然排 烟效 果 的影 响等 。 ２ 自然排烟模 拟 计算模 型 和判据 成都 地铁 一号线 南 部浅埋 区 问隧道 自然排 烟数 值 模拟 分析 的计算 程序 采用Ｃ Ｄ软件 Ｐ ｏｎｃ３ ５ 计算 Ｆ ｈ ｅｉ ． ， ｓ
摘 要： 成都 地铁 一 号 线 南部 浅 埋 区 间 隧 道 在 国 内首 次采
次， 究竟 采 用什 么参 数作 为模 拟计算 结 果 的判 定条 件 ， 是 需要 首先 解决 的 问题 。在地 铁 区间 隧道采用 自然 通 风 模式情 况 下 ， 生火 灾 时 ， 员沿逃 生 通道平 台进 行 发 人 疏散， 而火 灾 产 生 的烟 气在 洞 内外 的温 差 作用 下 沿 通
浅析FDS火灾模拟软件及应用
天津理工大学安全检测课程学习报告浅析FDS火灾模拟及应用现状姓名：张志魁学号：123140301学院：环境科学与安全工程学院专业：安全技术与工程 _ 班级： 2012级研究生 _2013年9月1日浅析FDS火灾模拟及应用现状摘要：FDS（Fire Dynamics Simulator）是火灾模拟中一款重要的软件，它根据建筑和火灾的特性，以简单直观的形式动态的显示出火灾发展的全过程，并通过计算获得较为准确的火灾信息的相关参数，例如，烟气的流动，有毒气体的浓度，温度场的分布以及热辐射等。
本文概述了FDS在不同建筑和火灾场景中的应用现状，并结合相关火灾实例证明FDS火灾模拟软件在较为可信的准确性，另外，对FDS在火灾模拟方面提出了笔者的相关意见和建议。
关键字：火灾模拟；FDS；应用现状0前言近些年，计算机技术的飞速发展，引导了科学领域的各个方面，成为科研深讨中不可或缺的工具。
其中，计算机模拟和仿真技术已经成为火灾科学研究重要手段，各种火灾模拟软件也在不断的涌现, 比较有名的火灾模拟软件有FDS, CFAST 和FA3 等[1]。
FDS( 火灾动力模拟) 是由美国国家标准局建筑火灾研究实验室开发的基于场模拟的火灾模拟软件, 在火灾安全工程领域中应用十分广泛[2]。
FDS 是一个由CFD( 计算流体力学) 分析程序开发出来的专门用于研究火灾烟气传播的模型,可以模拟三维空间内空气的温度、速度和烟气的流动情况等[1]。
1 FDS计算步骤FDS火灾模拟软件包含FDS和SomkerView 2部分。
FDS是软件的主体部分,主要完成模拟场景的构建和计算,而SomkerView是FDS计算结果后处理程序,它既能处理动态数据也能显示静态数据,并将这些数据以二维或三维形式显现出来。
模型的输入数据包括:空间环境温度,建筑内物品的燃烧性质,灭火系统的影响,烟气的性质,是否考虑某些障碍物的影响,为收集有用数据所需的模拟时间,网格划分(计算精确度),所需要测量的数据类型及位置,火源种类及初始温度等。
中梁山隧道火灾通风排烟的数值模拟
内不 设 通 风 竖 井 ， 列 车起 火后 ， 流风 机 由起 火 列 车 向 即 射
非 起 火 列 车 方 向排 烟 。这 种 情 况 下 ， 起 火 列 车 位 于 起 非
附 近 ， 客 迅 速 从 列 车前 后 的端 门 同时 疏 散 ， 车 后 根 据 乘 下 疏 散 指示 标 志通 过 最 近 的 中 隔 墙 防 火 门 ， 散 到 另 一 侧 疏 隧 道 。这 种 情 况 发 生 的 几 率 很 小 ， 有 在 前 驶 列 车 发 生 只 火 灾 且 后 驶 列 车也 出现 故 障 时才 发 生 。
之 间 ， 洞 口 里 程 为 Ｋ２ ＋ ８ ５ 出 洞 口 里 程 为 Ｋ２ 入 ３ ０， ８＋
（） １ 当后 方 列 车 发 生 火 灾 被 迫 停 在 隧 道 内 时 ，则 前
方 列 车 迅 速 驶 出隧 道 ， 同时 待 另 一 侧 非 火 灾 隧 道 内列 车
１ ５ 隧道 全 长 ４ ３ ０ ｒ ， ３， ３ ｎ 远期 高 峰 时 上 下行 方 向 均将 同 时 有 两 列列 车运 行 。 按 照一 般 的做 法 ， 竖 井 设 置 在 某 个 长度 范 围 内 ， 将 保
由 以上 分 析 可 知 ， 道 内最 不 利 的 是 第 三 种 通 风 模 隧 式 。
２ 数 值 模 型 的 建 立 ２ １ 物 理 模 型 ．
火 点 下 游 ， 火 点 产 生 的 高 温 烟 气 将 沿 排 烟 方 向 逐 渐 蔓 起 延 至 非 起火 列 车 ， 果 非 起 火 列 车 上 的 人 员 不 能 及 时 疏 如 散 ， 到 烟气 侵 扰 ， 命 安 全 将 受 到 威 胁 。 受 生
显 示 ， 流 风 机 作 用 下 火 区上 游通 风 风 速 为 ２ ５ ｍ／ ， 有 产 生 射 ． ｓ 没 回流 ， 火 列车 人 员能 够 安 全 疏 散 。烟 流 前 锋 面 到 达 非 起 火 列 起 车 的 时 间超 过 ８ ０ Ｓ 大 于 非 起 火 列 车 人 员疏散 完 成 时 间 。 ５ ， 关键词 ： 灾； 火 地铁 区间 隧道 ； 气 蔓延 ； 值模 拟 烟 数 中图 分 类 号 ： ９ ３ ４ Ｕ４ ８ Ｘ １ ． ， ５ 文献标志码 ： Ａ
地铁车站火灾时不同站台层结构的烟气扩散与控制
地铁 车 站火 灾 时不 同站 台层 结构 的烟气 扩 散 与控 制
周 汝 ，何 嘉鹏 ，蒋军成 ，唐 晓亮。 。
（．南 京工业大学 城市建设与安 全工程学 院，江苏 南京 １ ２００ ； １０ ９
２ ．江苏省城市与工业安全重点实验 室，江苏 南京 ２０ ０ ；３ １ ０ ９ ．江苏省公安厅 消防局 ，江苏 南京 摘
２０ ３ ） １０ ６
要 ：根据地铁车站物理模型 ，对站 台层列车 中部车厢着火 引发火灾 时的烟气扩散进行 三维模拟 ，分析
安装屏蔽 门对岛式 和侧式 ２ 种典 型结构 站台层烟 气扩散及 控制 的影响 。用能量 方程 、动量方 程 、连续性 方程 、 组分方程和完全浮力修正 的 肛 ｅ方程描述烟气湍流流动 ，用 ＳＭＰ Ｅ Ｉ Ｌ Ｃ算 法求解 。结果表明 ：对于 ２种典型结构 层 ，在发生火灾 ３０Ｓ ，未安装屏蔽 门的 ，烟气均 已扩散蔓延至整个站 台层 的上部空间并沉 降至 １８ｍ 的安全 ６ 时 ． 高度 ，人员疏散均较为 困难 ，安装屏蔽 门的，所有疏散楼梯 ｌ均能保 持正常状态 ，屏蔽 门对烟气 的扩散起到很 Ｚ ｌ 好 的阻拦作用 ，且排 烟 口和隧道排 出 了更多 的烟气 ；安装 屏蔽 门后 ，岛式 、侧 式站 台层 的排烟效 率分别 提高 １． 和 １ ． ；侧式站台层的抽吸烟气作用更加明显 ，比岛式站 台排 出了更多 的烟气 。由此 可知 ，在 ２种典 ５８ ０１ 型结构 的站台层中安装屏蔽 门，可以加强对站 台层火灾 时烟气 的控 制 ，为人员及时有效 地疏散创造 了 良好的条
蔽 门对烟气 扩散影 响 的研 究较少 。因此 ，本文 对站
台层 列车 中部车厢 发生火 灾时 的烟气 扩散进行 三维 模拟 研究 ，比较采用 相 同的防排 烟措施 下 ，安 装屏 蔽 门对 岛式 和侧式 ２种典 型结构 站 台层 烟气扩 散及 控制 的影 响 。
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关于地铁隧道内地铁车厢火灾烟气蔓延数值模拟研究摘要：地铁隧道一旦出现火灾，在狭长受限空间驱动下极易造成烟气大范围蔓延，导致出现人员伤亡事件，势必迅速成为公众舆论的焦点，也会影响到地铁企业的品牌，也会危及社会公众的生命安全。
本文主要研究不同火源功率下下地铁隧道地铁车厢火灾烟气流动特性、能见度、温度分布、CO浓度等特征参数演化规律，并提出了一些相应的应对措施。
关键词：地铁隧道、火灾、地铁车厢、应对措施1 引言1.1 研究背景近年来，我国已经进入地铁建设的高峰期。
地铁作为大客流、方便快捷的运输载体为城市交通做出重大贡献。
同时，由于地铁属于人员密集场所，尤其在地下区间运行的列车内，人员更加密集、空间更为封闭，一旦发生火灾事故，如果不能及时控制、迅速排出烟气，必然会对乘客的安全疏散构成严重威胁，消防人员无法迅速进行火灾扑救，极易造成重大的人员伤亡和财产损失。
1.2 地铁隧道火灾危险性分析地铁隧道内火灾对人员的危害主要来自烟气的高温特性、遮光性以及有害气体毒性，另外一个就是隧道内人员逃生困难，这是造成此类隧道火灾伤亡大、救援困难的主要原因，接下来从火灾烟气、人员疏散、救援困难等方面进行分析：（1）烟气的危害性地铁隧道是典型的半封闭空间，在其中发生的火灾多为不完全燃烧，燃烧产生大量的烟雾和有毒气体CO等。
同时由于很难进行自然排烟，热量不容易散发，烟气在高温产生的浮力和机械通风的作用下，会沿隧道纵向迅速蔓延。
公认的判定准则为，若隧道内某处2m高度处的气体温度超过180o C，或能见度小于30m，则认为该位置已经达到了危险状态。
（2）人员疏散困难地铁站内人员非常密集，在火灾时要实现如此多人员的安全疏散是一件极其困难的事。
地铁站为狭长型结构，并且隧道内只有一侧有一道1.2m疏散平台，人员在疏散时需要移动较长的水平距离，火灾情况下人员容易出现拥挤踩踏事件等，并且地铁站均位于地下。
（3）扑救难度大由于隧道出入口少，内部能见度低、障碍物多，能深入火场内部的消防人员有限；另一方面，隧道内壁经长时间的烘烤，辐射出大量的热量，消防人员将面临高温考验；加之隧道发生火灾后，当隧道控制中心因断电不能正常运行时，消防队员不能从外部直接观察起火点的燃烧情况，这些都大大的增加了扑救难度。
1.3 研究内容与方法（1）研究内容开展不同火源功率下的地铁隧道车厢火灾烟气流动数值模拟研究。
通过数值模拟方法，在改变火源功率前提下，获得地铁隧道车厢火灾蔓延特性等关键技术参数。
研究不同火源功率下，地铁隧道内烟气温度、能见度、CO浓度等特征参数分布，进而为相关防护措施提供一定程度的参考。
（2）研究方法主要采用数值模拟方法对地铁车厢在隧道内着火后的烟气流动规律开展研究。
具体表现为，车厢、隧道几何尺度不变情况下，改变火源功率，对地铁隧道内及车厢周围的火灾情况进行分析。
12 不同火源功率下地铁隧道内地铁车厢火灾烟气蔓延数值模拟2.1 物理模型介绍（1）模型几何形状概况数值模拟中CFD计算机模拟主要采用的是FDS 5.5（Fire Dynamic Simulator）软件。
目前该软件的准确性及实用性已经被人们广泛认可，因此本工作中使用FDS对火灾中地铁隧道内流场进行模拟计算。
建模过程如下图2所示。
隧道长200m，截面为圆形，内径5.4m。
标准地铁车厢位于隧道中央位置，车厢长24.5m宽3.0m、高2.4m。
车门尺寸为1.3m*1.8m，车窗为1.25m*0.7m，具体如图1所示。
（a）车厢模型（b）隧道横截面图图1 计算的物理模型示意图（2）模型测点布置根据所需物理量的类型，模型中布置有温度（temperature)、能见度(visibility)、CO浓度 (carbon monoxide)和速度 (velocity)的测量切片，切片位于隧道和车厢纵向轴线位置。
此外，还在隧道顶部下方10cm处（间距为1.0m）、以及车厢顶部下方10cm处设置热电偶测点（间距为0.5m）。
此外，还对典型位置（例如隧道内2.0m高度处）的能见度、CO浓度等数据进行了测量。
图2模型测点布置示意图2.2 数值模拟设置（1）模型网格设计经NIST试验验证，当网格尺寸d取值介于[D*/16，D*/4]之间时模拟结果与试验结果非常吻合。
其中D*为火灾的特征直径，通常表示为：式中D* 为火灾特征直径；Q为总热释放率（KW）；为环境空气密度(kg/m3 )，此处取1.204kg/m3；为环境空气比热(kJ/kg. K )，此处取1.005kg/m3；为环境空气温度(K)，此处为293K（20℃）；g为重力加速度(m/s2)，此处取9.81m/s2；通过计算可知，对于10.5MW的火源，D*=2.45，则可知在本项目中，利用FDS进行数值模拟计算时，网格大小介于0.15m-0.62m之间时，数值模拟计算的结果与真实情况比较接近，可靠性较高，因此最终为了兼顾计算机运行能力，选择了0.5m*0.5m*0.5m的网格处理，同理确定了另外两种火源工况9.0MW和7.5MW工况的数值网格0.4m*0.4m*0.4m和0.3m*0.3m*0.3m。
表1数值模拟采用的网格尺寸火源功率X轴(m)Y轴(m)Z轴(m)10.5MW0.50.50.59.0MW0.40.40.4 7.5MW0.30.30.3（2）火源设计表2给出了部分标准对不同火灾荷载的推荐值。
表2 部分国家及组织推荐的隧道火灾荷载标准NFPA502-2004NFPA502-2008BD78/99CETUPIARC小汽车55-105-2.5公共汽车2020-3020-2小货车--151515重型货车20-3070-20030-100320-30油罐车100200-300-200-根据地铁隧道相关设计规范，一般而言火源功率认为7.5-10.5MW是较为接近实际的，因此本文中火源功率范围在此范围内，分别为7.5MW、9.0MW、10.5MW。
2.3 模型工况设计本工作中主要关注不同火源功率下的地铁隧道车厢火灾烟气蔓延过程，根据规范选择了3种火源功率。
数值模型中，火源功率增长模型选择了学术研究中常用的t2，默认设置为超快增长类型，三种火源功率达到稳定功率所需要的时间分别为200s、219s、236s，火源尺寸为2m*0.5m，位于车厢中央地板上方0.5m高度处。
综合考虑计算机算力后，总模拟时间设置为400s，在50s时靠近火源的4个窗子打开，100s时其余窗子打开，车厢的门一直处于打开状态。
具体设置工况如下：表3 工况设置汇总表工火源功率环境参数况编号C17.5MW标准大气压、环境温C29.0MW度20o C、湿度为50%C410.5MW13 数值模拟结果分析3.1 地铁隧道车厢火灾烟气蔓延过程图3给出了不同火源功率下典型时刻隧道内车厢火灾火焰和烟气发展过程。
（a）7.5MW（b）9.0MW（c）10.5MW图3 工况C1~C3火焰和烟气蔓延图从图4中可以看出，烟气在蔓延过程中整体呈现出对称趋势。
火焰和烟气率先在车厢内蔓延和发展，在200s左右火焰已经完全蔓延在车厢内。
在模拟中，50s和100s分别打开了车辆窗子，更多的空气被卷吸进入车厢支持燃烧，烟气蔓延速度加快。
150s左右时，火焰从靠近火源的窗子溢出，形成车厢火焰溢流。
250s左右烟气层已经下降到隧道截面的一半左右。
此外，比较火源功率的影响，可以发现随着火源功率的增大（7.5MW增大到10.5MW），车厢内火焰发展更为明显，火焰面积更大。
从视觉上估算，更大的火源功率，可以提供更大的烟气蔓延动力，烟气在大火源工况中蔓延速度更快。
3.2 温度分布对比分析隧道火灾事故中，烟气对人员造成危害主要体现在3个方面：高温、遮光和毒气。
在接下来的分析中将分别从烟气温度、能见度、CO浓度3个方面展开。
图4给出了典型工况（C2：9.0MW）火灾烟气温度发展过程。
可以看出，火灾烟气高温区域在燃烧初期主要集中在车厢内部。
50s时由于打开了靠近火源附近的窗子，车厢内部的燃烧加强，内部温度升高。
100s左右时，其余窗子进一步打开，更多的新鲜空气卷吸入车厢内部，火源燃烧强度更为剧烈，产生更多的高温烟气，此时可以看到在车厢内部已经集聚了一定量的热烟气。
200s左右时，车厢溢出的高温烟气已经在隧道顶棚下方大量集聚，逐渐出现了更多的高温区域。
此后，在250-400s燃烧逐渐稳定，车厢内部的高温烟气进一步溢出至隧道空间，隧道顶棚附近区域存在较大面积的高温区域，这对于隧道结构可能造成一定程度的热损伤。
图4工况C2-9.0MW火灾烟气温度发展图图5给出了火灾稳定阶段车厢顶棚和隧道顶棚烟气温度分布，由于整体上空间是对称的，因此仅给出了单侧的温度分布。
可以看出，不同火源功率工况中车厢内的温度变化趋势是类似，更多的温度衰减出现在近火源区域，而在车窗位置处，温度曲线出现一定的波动，这主要是新鲜冷空气卷吸入车厢内，短暂的使测点附近的温度出现波动，随后由于新鲜空气的涌入，促进了燃烧，测点附近的温度短暂上升，但是整体仍然保持是下降衰减趋势。
车厢内部顶棚位置的最大火灾温度接近900-950o C左右，最大烟气温度随着火源功率的增大而增大，但是可以看出增长幅度是不大的。
这主要是因为在火源功率较大工况，火焰羽流撞击车厢顶棚后，形成了强羽流射流火焰，换言之顶棚下方附近是处于连续火焰区的，因此最大温度均是接近于火焰表面的温度，因此增长幅度不大。
从图5（b）可以看出，隧道顶棚空间的测点温度相对而言是低于车厢内部的，最大烟气温度在500-600o C之间，该最大烟气温度主要是由于车厢内部从门窗洞口溢出的火焰和热烟气所形成的。
最大隧道顶棚烟气温度随着车厢内火源功率的增大而增大。
不同火源工况下的纵向温度衰减趋势也是类似的，在车厢附近隧道顶棚烟气温度衰减的非常明显，而远离车厢火源趋势，烟气温度的衰减主要是与隧道壁面换热以及冷空气的卷吸，因此衰减速率是相对平缓的。
如果将隧道顶棚温度达到180o C判定为火灾危险状态，那么此情形下，200m长隧道内纵向66m范围内已经处于危险区域。
（a）车厢顶棚（b）隧道顶棚图5 不同火源工况下隧道和车厢空间内烟气温度分布图3.3 能见度分析隧道火灾事故中，能见度对人员疏散造成的危害主要体现在两个方面：一是疏散速度下降；二是低的能见度有视线遮蔽及刺激效应，会造成人员惊慌，从而扰乱疏散秩序。
其中能见度在隧道火灾事故中的危险条件按以下情况确定，即在隧道内某处2m高度的能见度低于30m，认为已经达到火灾危险状态。
图6给出了典型工况（C2：9.0MW）火灾过程中能见度变化图，可以看出，在50s之前，由于车厢窗子未打开，以及燃烧处于极早期阶段，燃烧程度非常微弱，此时尽管车门是开启状态，但是似乎并没有烟气从车厢溢出。