北京某地铁车站通风排烟系统现场实测与最佳通风排烟模式研究
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测试车站为北京地铁 1 号和 2 号线的某典型单层 岛式车站, 见图 1。车站总长 148. 8 m, 宽 20. 3 m, 高 6. 7 m; 中部为站台, 长 109. 15 m, 高 6. 7 m ; 两个站厅 位于车站的两端, 分别通过东西侧楼梯与站台直接相 连, 站厅比站台高 3. 65 m, 站厅距室外地面的垂直高 度为 13. 6 m。其中, 西站厅有两个出入口( A 和 C) 与 外界相连, 东站厅有一个出入口 B 与外界相连。车站 的设备房和工作人员房间分别位于站台两端。
第 31 卷第 2 期 2 00 9年4月
铁道学报 JO U RN AL O F T H E CHI NA RA IL WA Y SOCIET Y
V ol. 31 N o. 2 A pril 2009
文章编号: 1001- 8360( 2009) 02-0137- 06
北京某地铁车站通风排烟系统现场实测与 最佳通风排烟模式研究
收稿日期: 2007-04-02; 修回日期: 2008-04-26 基金项目: 北京市科技计划项目( D 0604004040211) 作者简介: 杨英霞( 1975- ) , 女, 河北赵县人, 工程师, 博士研 究
生。 E-mail: yangyx _751119@ 163. com
析烟气流动规律, 为火灾时烟气流动规律的研究提供 参考; 采用模型实验和数值模拟的研究方法, 研究地 铁火灾时的烟气流动特性及通风防排烟系统模式。例 如韩国的 P ar k 等[ 1] 对一双层地铁车站进行现场实测, 并以实测的速度值作为数值模拟的边界条件, 研究车 站发生火灾时的通风和烟气流动特性。中国安全生产 科学研究院的钟茂华、史聪灵等[ 2-3] 建立比例尺为 1 10 的地铁深埋车站实验模型; 并针对地铁站台列车火 灾进行实验。H asemi 等[ 4] 用池盘火来研究在地铁站 台发生火灾时的热特性。M iclea 和 M ckinney[ 5] 针对 装有 屏蔽 门 的地 铁 车站 系 统, 通过 CFD 模 拟软 件 CF X, 对站台发生火灾时, 紧急通风系统控制火灾产生 的烟气的能力进行评价。Dong- H o Rie 等[ 6] 通过数值 模拟和比例模型的方法, 对地铁车站列车发生火灾时,
( S chool of A rch it ect ure and Civil Engineering, Bei jing U nivers it y of T echnology, Beijing 100022, C hina)
Abstract: T he f low rat e of the ex t ract ion sy st em and velocit y field o n t he plat fo rm of a t ypical mo nolay er island st atio n of Line 1 and L ine 2 of the Beijing M et ro w ere m easured in Decem ber 2005. Based on t he measured v a-l ues, num er ical analysis w as made t o ev aluat e t he cur rent flo w st ates in the st at io n. M oreov er, the smo ke velocit y , temperature and concentrat ion dist ribut ion in case o f stat ion f ire under dif ferent ex tr act io n mo des w ere anal yzed, t hen t he optim al sm oke ex t ract ion m ode w as pr opo sed. Ref erence w as of fered fo r the r unning mo des of the ex ist ing subw ay ex tractio n syst em and the design of t he f ut ure subw ay ext raction syst em . Key words: subw ay st at ion; f ire; ex t ract ion mode; site measur em ent ; numerical analysis
1 现场实测
1. 1 测试目的 本文试图通过现场实测的方法, 一方面对现有的
地铁通风排烟系统的运行状况有一个基本的了解; 另 外, 可将实测数据作为火灾数值模拟的边界条件。在 以往的研究中, 通常都是假定边界条件研究地铁车站 内发生火灾时的烟气流动状况, 这对于分析实际地铁 火灾时的烟气流动特性, 以及制定相应的火灾应急预 案都是有较大影响的。 1. 2 测试车站基本构造
杨英霞, 陈 超, 樊洪明, 屈 璐, 任明亮
( 北京工业大学 建筑 工程学院, 北京 100022)
摘 要: 2005 年 11 月对北京地铁 1 号和 2 号线某 典型单层岛式车站 通风排烟系统的风速 以及站台区域的速 度 场进行现场实测调查。根据实测结果并结合数值模拟的方 法, 对车 站内的气 流流动现状 进行分析 与评估。并 在 此基础上, 进一步分析车站发生火灾时, 不同通风排烟模式下烟气的速度场、温度场和浓度场的分布规律, 提出 车 站火灾发生时的最佳通风排烟模式, 以期为现行的地 铁通风排烟系 统运行方 式以及将来 的地铁通风 排烟系统 设 计提供参考。 关键词: 地铁车站; 火灾; 通风排烟模式; 现场实测; 数值分析 中图分类号: U 231; X932 文献标志码: A doi: 10. 3969/ j. issn. 1001- 8360. 2009. 02. 025
西楼梯 y Oz 断面处不同高度各测点位置风速的 实测值与计算值的比较结果见图 3: 楼梯 y Oz 断面上 的风速沿高度方向产生速度分层现象, z = 3. 675 m 处 的风速大于 z = 4. 675 m 处的风速; 沿楼梯宽度方向, 楼梯中心处风速最大, 向两侧逐渐减小, 速度在 1. 5 ~ 1. 0 m/ s 范围内变化。
为 SIM PL E 算法, 计算网格采用结构化网格。
1. 5. 2 物理模型
根据实测对象的实际尺寸建立全尺寸的物理模型
( 图 1( b) ) , 坐标系原点为计算域原点, x 轴与车站长 度方向平行, y 轴与车站宽度方向平行, z 轴与车站高 度方向平行。车站内的物体均不设材料的属性, 不考 虑壁面的摩擦。壁面设为绝热边界条件。采用表 1 中 Case3 的隧道断面风速作为速度边界条件进行冷烟情 况的数值模拟。 1. 5. 3 结果比较分析
地铁是缓解城市交通紧张的有效工具。在北京市 最新的发展公共交通政策中, 其中一个重要举措就是 全力推进轨道交通建设。然而, 在地铁的建设和营运 中有一个不可忽视的潜在问题, 就是如何有效地防范 和应急处理地铁火灾的问题, 保证地铁的安全施工和 运营。
目前关于地铁火灾的研究手段主要有 3 种: 实 体实验研究; 缩尺实验研究; 计算机模拟研究。对 于火灾研究来讲, 实体燃烧实验是最理想、最有说服力 的, 但由于实验条件和实验环境等受到严格限制, 目前 采用比较多的方法是: 通过冷态发烟的实验方法, 分
( 4) 实测内容: 车站内风速、与车站相连的隧道口 风速;
( 5) 测试仪器: 手持式热球风速仪( 德国 T EST O405- V1) 。
隧道口的测试位置及测点布置见图 2: 与车站相 接的 4 个隧道测试断面 W 1、N 1、W 2、N 2 距车站 100 m; 测试断面尺寸为 4. 1 m 4. 35 m。隧道断面的平 均风速实测值见表 1。
( 1)
式中, 为通用变量, 代表 u、v、w 、k、、T 等求解变量;
为密度; U 为速度矢量; 为广义扩散系数; S 为广
义源项。
湍流黏性系数
t = c k2/
( 2)
对控制方程离散求解时采用有限容积法, 动量方
程采用交错网格, 扩散项的离散采用迎风与中心相结
合的一阶精度混合格式 ( H ybr id Scheme) , 求解方法
建立标准的 k- 湍流模型, 其中浮力模型采用非 线性 Boussinesq 假 设。 采 用 商 用 CF D 模 拟 软 件 PH OENICS 进行数值求解。
控制方程包括连续性方程、动量方程、能量方程及 k、 方程与 t 式iv( U - gr ad ) = S
Site Measurement of Extraction System of a Beijing Subway Station and Research on Optimal Extraction Mode
YANG Ying- x ia, CH EN Chao, F AN H ong- ming , QU L u, REN Ming- liang
1. 4 实测条件及方法 ( 1) 实测时间: 2005- 11- 15 夜间凌晨 0: 30~ 4: 30
( 列车停运以后) ; ( 2) 实测地点: 车站站台及车站两侧的区间隧道; ( 3) 实测方法: 采用型号为 SH- 4500 的舞台烟雾
机作为发烟装置发烟, 观测车站内不同通风模式时的 气流情况;
第 2期
北京某地铁 车站通风排烟系统现场实测与最佳通风排烟模式研究
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表 1 风机动作模式与隧道断面 风速实测值
风机动作方式
隧道断面风速/ ( m s- 1 )
模式 区间 车站风机 区间
风机 / ( m 风机 W 1
N1
W2
N2
1
s- 1)
2
Case1 停 排 96 ( 设计模式)
Case2 停 排 97 Case3 排 排 99 Case4 送 排 100
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铁道学报 JO U RN AL O F T H E CHI NA RA IL WA Y SOCIET Y
V ol. 31 N o. 2 A pril 2009
文章编号: 1001- 8360( 2009) 02-0137- 06
北京某地铁车站通风排烟系统现场实测与 最佳通风排烟模式研究
收稿日期: 2007-04-02; 修回日期: 2008-04-26 基金项目: 北京市科技计划项目( D 0604004040211) 作者简介: 杨英霞( 1975- ) , 女, 河北赵县人, 工程师, 博士研 究
生。 E-mail: yangyx _751119@ 163. com
析烟气流动规律, 为火灾时烟气流动规律的研究提供 参考; 采用模型实验和数值模拟的研究方法, 研究地 铁火灾时的烟气流动特性及通风防排烟系统模式。例 如韩国的 P ar k 等[ 1] 对一双层地铁车站进行现场实测, 并以实测的速度值作为数值模拟的边界条件, 研究车 站发生火灾时的通风和烟气流动特性。中国安全生产 科学研究院的钟茂华、史聪灵等[ 2-3] 建立比例尺为 1 10 的地铁深埋车站实验模型; 并针对地铁站台列车火 灾进行实验。H asemi 等[ 4] 用池盘火来研究在地铁站 台发生火灾时的热特性。M iclea 和 M ckinney[ 5] 针对 装有 屏蔽 门 的地 铁 车站 系 统, 通过 CFD 模 拟软 件 CF X, 对站台发生火灾时, 紧急通风系统控制火灾产生 的烟气的能力进行评价。Dong- H o Rie 等[ 6] 通过数值 模拟和比例模型的方法, 对地铁车站列车发生火灾时,
( S chool of A rch it ect ure and Civil Engineering, Bei jing U nivers it y of T echnology, Beijing 100022, C hina)
Abstract: T he f low rat e of the ex t ract ion sy st em and velocit y field o n t he plat fo rm of a t ypical mo nolay er island st atio n of Line 1 and L ine 2 of the Beijing M et ro w ere m easured in Decem ber 2005. Based on t he measured v a-l ues, num er ical analysis w as made t o ev aluat e t he cur rent flo w st ates in the st at io n. M oreov er, the smo ke velocit y , temperature and concentrat ion dist ribut ion in case o f stat ion f ire under dif ferent ex tr act io n mo des w ere anal yzed, t hen t he optim al sm oke ex t ract ion m ode w as pr opo sed. Ref erence w as of fered fo r the r unning mo des of the ex ist ing subw ay ex tractio n syst em and the design of t he f ut ure subw ay ext raction syst em . Key words: subw ay st at ion; f ire; ex t ract ion mode; site measur em ent ; numerical analysis
1 现场实测
1. 1 测试目的 本文试图通过现场实测的方法, 一方面对现有的
地铁通风排烟系统的运行状况有一个基本的了解; 另 外, 可将实测数据作为火灾数值模拟的边界条件。在 以往的研究中, 通常都是假定边界条件研究地铁车站 内发生火灾时的烟气流动状况, 这对于分析实际地铁 火灾时的烟气流动特性, 以及制定相应的火灾应急预 案都是有较大影响的。 1. 2 测试车站基本构造
杨英霞, 陈 超, 樊洪明, 屈 璐, 任明亮
( 北京工业大学 建筑 工程学院, 北京 100022)
摘 要: 2005 年 11 月对北京地铁 1 号和 2 号线某 典型单层岛式车站 通风排烟系统的风速 以及站台区域的速 度 场进行现场实测调查。根据实测结果并结合数值模拟的方 法, 对车 站内的气 流流动现状 进行分析 与评估。并 在 此基础上, 进一步分析车站发生火灾时, 不同通风排烟模式下烟气的速度场、温度场和浓度场的分布规律, 提出 车 站火灾发生时的最佳通风排烟模式, 以期为现行的地 铁通风排烟系 统运行方 式以及将来 的地铁通风 排烟系统 设 计提供参考。 关键词: 地铁车站; 火灾; 通风排烟模式; 现场实测; 数值分析 中图分类号: U 231; X932 文献标志码: A doi: 10. 3969/ j. issn. 1001- 8360. 2009. 02. 025
西楼梯 y Oz 断面处不同高度各测点位置风速的 实测值与计算值的比较结果见图 3: 楼梯 y Oz 断面上 的风速沿高度方向产生速度分层现象, z = 3. 675 m 处 的风速大于 z = 4. 675 m 处的风速; 沿楼梯宽度方向, 楼梯中心处风速最大, 向两侧逐渐减小, 速度在 1. 5 ~ 1. 0 m/ s 范围内变化。
为 SIM PL E 算法, 计算网格采用结构化网格。
1. 5. 2 物理模型
根据实测对象的实际尺寸建立全尺寸的物理模型
( 图 1( b) ) , 坐标系原点为计算域原点, x 轴与车站长 度方向平行, y 轴与车站宽度方向平行, z 轴与车站高 度方向平行。车站内的物体均不设材料的属性, 不考 虑壁面的摩擦。壁面设为绝热边界条件。采用表 1 中 Case3 的隧道断面风速作为速度边界条件进行冷烟情 况的数值模拟。 1. 5. 3 结果比较分析
地铁是缓解城市交通紧张的有效工具。在北京市 最新的发展公共交通政策中, 其中一个重要举措就是 全力推进轨道交通建设。然而, 在地铁的建设和营运 中有一个不可忽视的潜在问题, 就是如何有效地防范 和应急处理地铁火灾的问题, 保证地铁的安全施工和 运营。
目前关于地铁火灾的研究手段主要有 3 种: 实 体实验研究; 缩尺实验研究; 计算机模拟研究。对 于火灾研究来讲, 实体燃烧实验是最理想、最有说服力 的, 但由于实验条件和实验环境等受到严格限制, 目前 采用比较多的方法是: 通过冷态发烟的实验方法, 分
( 4) 实测内容: 车站内风速、与车站相连的隧道口 风速;
( 5) 测试仪器: 手持式热球风速仪( 德国 T EST O405- V1) 。
隧道口的测试位置及测点布置见图 2: 与车站相 接的 4 个隧道测试断面 W 1、N 1、W 2、N 2 距车站 100 m; 测试断面尺寸为 4. 1 m 4. 35 m。隧道断面的平 均风速实测值见表 1。
( 1)
式中, 为通用变量, 代表 u、v、w 、k、、T 等求解变量;
为密度; U 为速度矢量; 为广义扩散系数; S 为广
义源项。
湍流黏性系数
t = c k2/
( 2)
对控制方程离散求解时采用有限容积法, 动量方
程采用交错网格, 扩散项的离散采用迎风与中心相结
合的一阶精度混合格式 ( H ybr id Scheme) , 求解方法
建立标准的 k- 湍流模型, 其中浮力模型采用非 线性 Boussinesq 假 设。 采 用 商 用 CF D 模 拟 软 件 PH OENICS 进行数值求解。
控制方程包括连续性方程、动量方程、能量方程及 k、 方程与 t 式iv( U - gr ad ) = S
Site Measurement of Extraction System of a Beijing Subway Station and Research on Optimal Extraction Mode
YANG Ying- x ia, CH EN Chao, F AN H ong- ming , QU L u, REN Ming- liang
1. 4 实测条件及方法 ( 1) 实测时间: 2005- 11- 15 夜间凌晨 0: 30~ 4: 30
( 列车停运以后) ; ( 2) 实测地点: 车站站台及车站两侧的区间隧道; ( 3) 实测方法: 采用型号为 SH- 4500 的舞台烟雾
机作为发烟装置发烟, 观测车站内不同通风模式时的 气流情况;
第 2期
北京某地铁 车站通风排烟系统现场实测与最佳通风排烟模式研究
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表 1 风机动作模式与隧道断面 风速实测值
风机动作方式
隧道断面风速/ ( m s- 1 )
模式 区间 车站风机 区间
风机 / ( m 风机 W 1
N1
W2
N2
1
s- 1)
2
Case1 停 排 96 ( 设计模式)
Case2 停 排 97 Case3 排 排 99 Case4 送 排 100
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