一种应对运动地铁列车火灾的喷雾灭火优化方法技术

本申请公开了一种应对运动地铁列车火灾的喷雾灭火优化方法，步骤包括：获取地铁列车由动至静过程中的运动列车气流的变化规律；对变化规律进行处理；判断机械通风气流与变化规律的关系；获得列车时速反算的运动列车气流流速经验公式和变频风机通风量经验公式；定义运动列车气流和所述机械通风气流的横流雷诺数、细水雾场雷诺数和细水雾场与横向气流的动量比；基于机械通风气流的横流雷诺数、所述细水雾场雷诺数和所述细水雾场与横向气流的动量比，构建喷雾系统参数优化工程化模型，用于优化地铁列车火灾的喷雾灭火。本申请中优化后的喷雾系统具有更高的抗干扰特性、更好的灭火性能，能适应运动列车突发火灾的高效灭火需求。能适应运动列车突发火灾的高效灭火需求。能适应运动列车突发火灾的高效灭火需求。

【技术实现步骤摘要】
一种应对运动地铁列车火灾的喷雾灭火优化方法


[0001]本申请涉及喷雾灭火优化领域，具体涉及一种应对运动地铁列车火灾的喷雾灭火优化方法。

技术介绍

[0002]我国地铁运营里程排名全球第一，至2020年底，中国已建成地铁交通系统的城市达44座，运营总里程超过7000km。地铁在为公众出行提供便利的同时，其环境问题和安全隐患已引发关注。虽然地铁发生火灾频率相对较低，但是由于地铁所在空间狭长受限的几何特征与地铁内乘员高密度聚集的特性，一旦发生火灾，如不能得到有效控制，将会造成重大人员伤亡与经济损失。
[0003]火灾烟气的危害性主要是由于三方面因素：毒性大、环境温度高、能见度低。目前的地铁车厢普遍仅配备1
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2个灭火器，然而当火灾发生时，尤其在乘员较多的车厢火灾场景中，指望慌乱中的乘员开启并使用灭火器显然不现实。在运动地铁列车发生火灾后，若无法在前期采取主动措施及时控制火势发展，可能导致无法挽回的灾难性后果。尤其当列车运行过程中发生火灾时，其继续行驶不仅会在车内形成穿堂风，扩大起火范围，且会产生显著的活塞风效应，火灾烟气会在活塞风作用下沿列车运动方向蔓延，直至淹没整个列车段，严重威胁车内乘员安全。
[0004]相关研究表明隧道活塞风约为列车车速的0.45倍，火灾中的隧道温度场变化主要发生在列车停车阶段，而CO浓度变化主要发生在列车匀速与制动阶段。穿堂风在运行列车内部具有纵向连贯性，且受列车速度、加速度变化的影响较大。显然，运动列车火灾的烟气扩散规律受列车穿堂风、活塞风及应急响应的机械通风的多重影响。
[0005]喷雾是将液体通过喷嘴喷射到气体介质中，使之分散并破碎成小颗粒液滴的过程。由于液体相对于空气或气体的高速运动，或者由于机械能的施加和喷射装置的旋转或振动，液体会雾化成各种尺寸范围的细小颗粒。雾化的液滴在空气中由于蒸发，必然进行着热和质的交换。蒸发必然要吸收周围空气的热量，从而降低周围空气的温度，进而在火灾中有效地压制火势。细水雾灭火技术近几年得到了很大的发展，具有不污染环境、灭火迅速、耗水量低、对防护对象破坏性小等特点。现有喷雾技术尚未考虑其在列车运动过程中喷雾特性受气流影响的应对方法，实际上，喷雾液束的流量、雾化粒径和贯穿距离均受列车运动产生的气流及隧道机械通风气流的影响，如不对喷雾系统在这类气流场中的喷雾特性进行优化就将其用于实际灭火过程，其效果必然很差(如无法覆盖火源、喷雾目标偏离等)，甚至会产生负面效果(如大幅降低疏散人群能见度)。

技术实现思路

[0006]本申请拟对运动列车火灾时的细水雾喷雾系统灭火性能实施优化，重点考虑不同通风排烟模式组合与运动列车气流对细水雾场的耦合影响，进而优化喷雾系统的关键参数。
[0007]为实现上述目的，本申请提供了一种应对运动地铁列车火灾的喷雾灭火优化方法，步骤包括：
[0008]获取地铁列车由动至静过程中的运动列车气流的变化规律；
[0009]对所述变化规律进行处理；
[0010]判断机械通风气流与所述变化规律的关系；
[0011]获得列车时速反算的运动列车气流流速经验公式和变频风机通风量经验公式；
[0012]定义所述运动列车气流和所述机械通风气流的横流雷诺数、细水雾场雷诺数和细水雾场与横向气流的动量比；
[0013]基于所述机械通风气流的横流雷诺数、所述细水雾场雷诺数和所述细水雾场与横向气流的动量比，构建喷雾系统参数优化工程化模型，用于优化地铁列车火灾的喷雾灭火。
[0014]优选的，所述变化规律包括：活塞风的压力和风量以及穿堂风的压力和风量。
[0015]优选的，获取所述变化规律的方法包括：基于网格CFD技术获取所述活塞风的压力和风量以及所述穿堂风的压力和风量。
[0016]优选的，对所述变化规律进行处理的方法包括：以经验公式的形式描述所述所述活塞风的压力和风量以及所述穿堂风的压力和风量：
[0017][0018][0019]式中，Q
s
(t)为CFD计算的活塞风或穿堂风的时变风量，单位：m3/s；为CFD计算的列车外部或内部的平均风速，单位：m/s；A
T
为计算断面横截面积，单位：m2；v(t)为CFD计算的时变附加风速；P(t)为 CFD计算的活塞风或穿堂风引起的时变压力，单位：Pa；为CFD 计算的列车外部或内部的平均压力，单位：Pa；p(t)为CFD计算的时变附加压力，单位：Pa；λ1和λ2为模拟得到的常数。
[0020]优选的，判断所述关系的方法包括：判断所述机械通风气流与所述运动列车气流是否为“协同”效应、“叠加”效应或“拮抗”效应。
[0021]优选的，获得所述列车时速反算的运动列车气流流速经验公式和所述变频风机通风量经验公式的方法包括：
[0022][0023]Q
f
＝γ
·
V
c
·
A
[0024]式中，V
c
为运动列车气流流速，单位：m/s；v
t
为列车时速，单位： m/s；β和n为通过实验获得的参数；Q
f
为变频风机的通风量，m3/s； A为列车的内部横截面积，m2；γ为通过实验获得的参数。
[0025]优选的，获得所述横流雷诺数、所述细水雾场雷诺数和所述细水雾场与横向气流的动量比的方法包括：
[0026][0027][0028][0029][0030]式中，Re
c
为横流雷诺数；D为火源所在方腔单元的水力直径，单位： m；ρ
c
为该方腔单元的空气密度，单位：kg/m3；μ
c
为空气的粘性系数，单位：Pa
·
s；u
c
为横向气流的耦合速度；Re
f
为细水雾场雷诺数；D
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为液滴Sauter平均直径，单位：m；q
jet
为喷雾系统的体积流率，单位：m3/s；N
f
为细水雾场；Y为细水雾场与横向气流的动量比；M
c
为横向气流的动量通量；M
f
为细水雾场初始液滴群的动量通量。
[0031]优选的，构建所述喷雾系统参数优化工程化模型的方法包括：
[0032][0033]式中，l、k、j、h、s为拟合的常数；y为细水雾出口到垂直方向液滴群体心的距离，单位：m；x为细水雾出口到水平方向最远液滴的距离，单位：m。
[0034]与现有技术相比，本申请的有益效果如下：
[0035]本申请可对实际运动地铁列车火灾过程中的列车喷雾系统性能进行优化，使细水雾场能够在列车运动产生的气流和机械通风(火灾后开启)气流形成的耦合流场中实现对火源的有效覆盖和高效扑灭，通过明确运动地铁列车(由动至静)过程中气流(活塞风、穿堂风) 的产生机理与变化规律，厘清不同通风排烟模式组合与运动列车气流的“协同”、“叠加”或“拮抗”效应的合理判据及“协同”效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应对运动地铁列车火灾的喷雾灭火优化方法，其特征在于，步骤包括：获取地铁列车由动至静过程中的运动列车气流的变化规律；对所述变化规律进行处理；判断机械通风气流与所述变化规律的关系；获得列车时速反算的运动列车气流流速经验公式和变频风机通风量经验公式；定义所述运动列车气流和所述机械通风气流的横流雷诺数、细水雾场雷诺数和细水雾场与横向气流的动量比；基于所述机械通风气流的横流雷诺数、所述细水雾场雷诺数和所述细水雾场与横向气流的动量比，构建喷雾系统参数优化工程化模型，用于优化地铁列车火灾的喷雾灭火。2.根据权利要求1所述的应对运动地铁列车火灾的喷雾灭火优化方法，其特征在于，所述变化规律包括：活塞风的压力和风量以及穿堂风的压力和风量。3.根据权利要求2所述的对运动地铁列车火灾的喷雾灭火优化方法，其特征在于，获取所述变化规律的方法包括：基于网格CFD技术获取所述活塞风的压力和风量以及所述穿堂风的压力和风量。4.根据权利要求2所述的对运动地铁列车火灾的喷雾灭火优化方法，其特征在于，对所述变化规律进行处理的方法包括：以经验公式的形式描述所述活塞风的压力和风量以及所述穿堂风的压力和风量：述穿堂风的压力和风量：式中，Q
s
(t)为CFD计算的活塞风或穿堂风的时变风量，单位：m3/s；为CFD计算的列车外部或内部的平均风速，单位：m/s；A
T
为计算断面横截面积，单位：m2；v(t)为CFD计算的时变附加风速；P(t)为CFD计算的活塞风或穿堂风引起的时变压力，单位：Pa；为CFD计算的列车外部或内部的平均压力，单位：Pa；p(t)为CFD计算的时变附加压力，单位：Pa；λ1和λ2为模拟得到的常数。5.根据权利要求1所述的对运动地铁列车火灾的喷雾灭火优化方法，其特征在于，判断所述关系的方法包括：判断所述机械通风气流与所述运动列车气流是否为“协同”效应、“叠加”效应或“拮抗”效应。6.根据权利要求4所述的对运动地...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾令杰，高军，章睿妍，高玉磊，侯玉梅，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：