刘增旭 刘鹏 肖景洋 刘博 赵赛

摘要：本文以某地铁车厢为例，基于火灾动力学模拟软件FDS，建立了列车火灾模型，研究了无细水雾灭火系统作用、有细水雾灭火系统作用、氮气-细水雾灭火系统同时作用三种情况下通风条件对灭火效果的影响。结果表明：有细水雾和氮气作用可以有效降低车厢内部温度，控制有害气体浓度，延长可用的安全疏散时间。

【关键词】细水雾;氮气-细水雾;灭火系统;灭火特性

地铁的不断普及在给我们带来出行便利的同时也给我们带来很大的安全风险问题。如今，地铁列车发生火灾的情况时有发生，后果十分严重。

现有研究表明，通风条件对细水雾灭火系统的灭火性能存在影响。等将数值计算和实验模拟相结合，研究通风条件下细水雾抑制木垛火的性能;发现，在隧道中加入细水雾灭火系统能够有效的延长疏散时间。

本文以三节车厢为模型，由车体两端连接部位的开口和破裂的车窗提供通风条件，研究车厢内无细水雾灭火系统作用、有细水雾灭火系统作用、氮气-细水雾灭火系统同时作用三种情况下的灭火效果。

1.模型和算例

1.1 列車模型

建立地铁列车模型如图1所示。该模型由三节车厢组成，每节车厢的尺寸为19m×2.8m×2.8m，有10个窗户，8扇门。选用3.6m²庚烷油池火作为模拟列车中15MW的火源。火源设置在中间车厢。

模拟过程中在车厢内设置测点监测CO，CO₂浓度的变化，测点布置在距列车车厢底部1.5m处，布设位置见图2。每节车厢共选用36个测点，测点之间的距离是0.5m。

每节车厢共8个细水雾喷头，如图3所示。对称区域中细水雾喷头的距离为2.5m。

1.2 细水雾参数设置

模拟中设置细水雾喷头在10s时启动，喷射持续时间为300s，在310s时停止喷射，细水雾作用总时长为300s。模拟过程中，只有中间火源车厢的八个喷头会启动。细水雾喷头的参数如表1所示。

1.3 氮气参数设置

氮气功能8个喷头，在使用时同时喷放，其具体参数如表2所示。

1.4算例

为研究地铁车厢内灭火系统的特性，本文设置3种工况，即：在通风条件下无细水雾灭火系统、有细水雾灭火系统以及氮气-细水雾灭火系统同时作用。选用火灾模拟软件FDS进行模拟分析。

2.结果与分析

设定车窗在600℃破裂，此时通风由车体两端连接部位的开口和破裂的车窗提供。比较分析有无细水雾灭火系统及氮气灭火系统对灭火效果的影响，其中氮气和细水雾灭火系统同时在10s时开始喷放，持续300s。

图5给出了车厢平均温度随时间变化曲线图。由图可知当细水雾灭火系统以及氮气-细水雾灭火系统开始作用后，温度迅速降低，车厢内温度得到了有效的控制;当灭火系统都停止作用时，车厢度便迅速回升，最终能达到和无细水雾灭火系统作用时一样的温度。这说明，车窗破裂且施加细水雾灭火系统和氮气-细水雾灭火系统虽然可以有效的控制火灾的规模，但是在300s内，两种灭火系统均不能将油池火完全扑灭。

图7和图8分别是车厢平均CO和CO₂浓度随时间变化曲线图，可以看出，在不同情况下，两者浓度的变化趋势相同。当无细水雾灭火系统作用时，火灾初期，两者浓度上升迅速，随后浓度在一段时间内出现波动。火灾后期，两者浓度上升。这说明，两种灭火系统中，车厢CO和CO₂浓度均有降低;但是当两者均失去作用时，车厢1.5m处平均CO浓度和平均CO₂浓度均迅速回升至没有细水雾灭火系统作用时的状态。

3.结束语

通风条件下，细水雾灭火系统和氮气-细水雾灭火系统的灭火效果体现在其可以有效降低车厢内部温度，控制有害气体浓度，延长可用的安全疏散时间，但不能扑灭极端庚烷油池火;添加氮气的灭火系统可以延缓车窗破裂的时间。

【参考文献】

[1]朱伟，陈吕义.通风条件下细水雾灭火的临界水流率[J].燃烧科学与技术，2008（05）：412-416.

[2]王鑫. 水灭火系统对地铁隧道中人员疏散的影响研究[D].沈阳航空航天大学，2015.

项目支持：2016年国家重点研发计划课题《城市轨道交通装备本构安全技术》（项目编号：2016YFB1200404）