地铁站火灾传播火焰的数值模拟
上海理工大学
地铁站火灾传播与控制 的数值模拟
杨茉 教授
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一、课题背景
商业区
深埋地下的地铁车站、商业区火灾
中庭
地铁站
突发火灾
传播、控制、人群疏散
地铁火灾事件概况
城市，地区
巴库 萨尔茨堡州 大邱
国家
阿塞拜疆 奥地利 韩国
年份
1995 2000 2003
受伤人数
269 18 147
死亡人数
558 155 198
商业区火灾事件概况
城市，地区 洛阳 亚森松 国家 中国 巴拉圭 年份 2000 2004 受伤人数 N.A. N.A. 死亡人数 309 464
上海胶州路大火
死亡？
二、问题提出
问题的提出：
? 火灾如何传播？人群如何疏散？ ? 可以利用电梯滚梯等机动设备逃生吗？断电？ ? 如何设计事故通风 ? 现场指挥、疏导 控制排烟
（烟雾停滞临界速度：2.8 米/秒） 应急预案？
隧道通风系统送风方向
三、科学问题和研究目标
火灾研究的基本问题 工程热物理问题
传播：流动、传热、燃烧
控制：通风机通风，气流流动
疏散：有思维恐慌的人流流动
三、科学问题和研究目标
? 科学问题：复杂空间内，有机械通风和燃烧的流动、导热、辐射，成分迁移
多种方式耦合的传热、传质问题 有主观因素的人流模拟（质点跟踪）
? 研究目标：查明火灾时维生指标的分布、变化规律 控制火灾，组织疏散，应急预案
维生环境参数
气体温度 一氧化碳浓度
可接受数值
49℃ 1500ppm
能见度
热辐射量
10m
1.6 kW/m2
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四、研究内容和技术路线
研究内容
? 针对典型的地铁站，研究火灾时流场、温度 场、化学组分浓度场分布和变化规律；
关键问题
导热
辐射
高 温 面
对流
? 火焰传播中流动和传热非线性特性；
? 有恐慌因素的人流模型和模拟方法 ? 火灾传播速度、方向、范围、时间
对流
? 电梯等疏散的可行性时间，保护措施
技术路线
? 利用计算机数值模拟
? 基础研究循序渐进 ? 组织火灾实验和演习
关键问题 ? 恰当的模型和方法 ? 非线性问题 ? 事故状态通风控制 ? 火灾对电器影响程度时间
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四、研究内容和技术路线
传热方式：
多种传热方式耦合
导 热
热传导
热辐射 热对流
? ?T ? q ? ??s ? ? ? n ? ?s qr ? ? s (TA4 ? Ts4 )
辐射
对流
高 温 面
qc ? h(T f ? Ts )
对流
多种传热方式耦合：
q ? qc ? qr 变量关联、非线性
? ?T ? 4 4 ??s ? ? h ( T ? T ) ? ? ( T ? T s f s A B ) ? ? ?n ? s
五、数值模拟例
发生火灾时烟雾传播的模拟
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五、数值模拟例
临界风速=2.8m/s时，辐射热发展模拟结果
T=60s T=120s
T=240s
T=480s
T=720s
地铁站火灾传播的数值模拟
六、理论特点和创新
? 理论特点： 几何结构、物理机制复杂 燃烧、流动、导热、对流、
辐射、燃烧产物迁移相互耦合 火灾（火焰）传播是非线性的：多解、振荡、非对称、混沌
? 创新点： 多种方式耦合传热、传质 火灾（火焰）传播的非线性研究 电梯疏散——逃生新理念
新规律、新方法
新知识 需要技术支持、论证
谢谢 敬请指教！
同舟共济 共渡彼岸
