列车硬座车厢火灾数值模拟分析及防止措施

刘平

（神华新疆化工有限公司，新疆 乌鲁木齐 831404）

列车硬座车厢火灾数值模拟分析及防止措施

刘平

（神华新疆化工有限公司，新疆 乌鲁木齐 831404）

本文通过对列车硬座车厢火灾数值模拟分析，对火灾发展过程进行了研究，并提出优化方案。

烟雾浓度；能见度；疏散时间

目前铁路运输成为人们出行和货物运输的主要形式之一，而且随着生活水平的提高和人们对列车安全性和舒适性要求的不短增加，密闭的列车成为当前的主要列车形式。密闭列车在给人们带来舒适性的同时，存在着一个巨大的安全隐患——火灾。由于列车的密闭性，一旦发生火灾对人们的危害要比其他列车要大，而其中对人们健康和安全影响最大的就是烟气伤害，这也是火灾中对人们影响最为严重的灾害之一，因此当前十分有必要研究列车内的通风排烟系统及火灾中的烟气发展影响。

1 列车硬座车厢火灾风险分析

（1）列车火灾危险源分析。第一类危险源包括可燃物、火灾烟气及燃烧产生的有毒有害气体成分；内饰材料，各种电器线路，一些易燃，易爆危险品。第二类危险源是为了防止火灾发生、降低火灾危害所采取的措施中存在的缺陷。

（2）列车火灾的主要原因。一是人为的不安全行为；二是物质的不安全状态；三是车辆技术的缺陷。而人为的不安全行为是最主要的因素。

（3）列车火灾的特点。旅客列车上可燃物多，火灾蔓延速度快；蓄烟量少，易造成人员中毒身亡；人群拥挤，疏散困难；火车象一条长匣子，扑救困难。

2 列车车厢内部烟气运动数值模拟

由于遮光性、毒性、缺氧和高温的影响，烟气是火灾中造成人员伤亡的重要原因。为了减小烟气对人的危害和财产的损失，我们有必要对火灾烟气的发展规律进行研究，掌握其发展规律，为人员的疏散和列车管理及运行提供参考。

2.1 列车车厢模型的选取与简化

以铁路YW25T型空调硬座车一节车厢内部空间作为模拟计算对象，计算区域的尺寸为：25.5m×3.0m×2.5m(长×宽×高)，车厢左右两侧各有12个座椅，车厢定员为96人，空调送风方式为顶部送风，回风方式为侧回风，即在车厢两端利用车门回风。

真实列车车厢的结构比较复杂，具有许多不规则形状的部件，要完全模拟其内部的湍流流场、温度场及烟气浓度场，无论从计算时间、计算机容量以及计算过程中技术问题的考虑十分困难。因此，本文在研究中忽略列车的外部尺寸，忽略车厢内部细小部件的影响，认为座椅等是由阻燃材料组成，忽略车厢内人的影响。这样更有利于研究的开展。

2.2 计算区域的网格划分

本论文需要计算的是列车车厢的内部场的分布，因此计算域就是整个的车厢内部空间。根据列车车厢几何模型的特点和温度梯度的不同，分别以车厢长、宽、高作为坐标的X、Y、Z方向，在直角坐标系下划分计算网格，网格数目为50×6×25。

2.3 烟气的发展

选择的是稳态快速增长火源a=0.04689，火源处于列车中间地面,因为车厢两端都有开口，通风条件相对较好。这种做法显得有点保守，但是这正是火灾危险分析所要求的。本论文火源面积选0.5×0.5m2、0.8×0.8m2，火源释热速率取3MW和2.5MW对比。火源不断地向周围释放热量和产生烟。

2.4 模拟的工况

在列车中间地面设置快速增长火源，火灾增长系数a=0.04689，火源功率取3MW，火源面积取0.5×0.5m2，90秒时温度达到极限60℃，80秒可见度达到极限10m，当烟气层达到距离地板高1.8m时，将影响人员正常疏散。

在列车中间地面设置快速增长火源，火灾增长系数04689.0=α，火源功率取3MW，火源面积取0.8×0.8m2，80秒时温度达到极限60℃，70秒可见度达到极限10m，当烟气层达到距离地板高1.8m时，将影响人员正常疏散。

在列车中间地面设置快速增长火源，火灾增长系数a=0.04689，火源功率取2.5MW，火源面积取0.5×0.5m2，110秒时温度达到极限60℃，75秒可见度达到极限10m，当烟气层达到距离地板高1.8m时，将影响人员正常疏散。

3 优化方案的提出及可行性分析

在火源的功率不同和火源面积不同的情况下，对列车火灾进行分析比较。当火源功率越大时，对人员的安全疏散危害越大；火源面积越大，对人员的安全疏散影响越大。

荷载随时间变化而变化的荷载即移动荷载，与大小方向没有关系，且大小不为0。列车作为主要的交通运输工具，由于列车上乘客携带了大量的物品，这些物品大大增加了列车的火灾安全隐患。根据火源的增长速度，火源可分为超快速火源、快速火源、中速火源、慢速火源、其火灾增长因子为0.1876、0.04689、0.001127、0.002931。列车上乘客主要携带的物品基本包括：乘客衣物，纤维物品，装满物品布袋、塑料泡沫、纸箱，皮箱，木制品等等。汽油、易燃物品等（禁止携带）属于超快速增长，火灾增长因子0.1876；纸箱、塑料泡沫、装满物邮袋属于超快速增长，火灾增长因子0.04689；木制品、衣物、纤维物品属于中速和慢速增长，火灾增长因子0.001127、0.002931。基于此，本文提出了优化方案。

3.1 优化方案的提出

（1）优化方案一。减少乘客携带物品的量。儿童随身携带的物品为10kg，成人20千克，其中外交人员35kg。一节车厢96人，Q=3MW，当每人减少携带物品一半时，减少质量M=5×10×15×96，根据火源功率=质量燃烧速率×燃烧效率因子×单位质量可燃物热值0.7MW，火源功率取3MW-0.7MW=2.3MW，火源面积取0.5×0.5m2。

时间达到115s时，列车车厢内离地面高度为1.8m处烟气温度达到60℃，影响人员安全疏散。

时间达到85s时，车厢内1.8m高处的能见度将小于10m，将影响人员的安全疏散。

时间达到320s时，列车车厢内离地面高度为1.8m处CO2随时间的变化而变化，当空气中CO2达到0.3%，会影响到人员的安全疏散。

列车车厢内离地面高度为1.8处CO随时间的变化而变化，当空气中CO达到1000ppm，会影响到人员的安全疏散。

（2）优化方案二。只允许乘客携带火灾中速增长物品或火灾慢速增长物品a=0.001127，儿童随身携带的物品为10千克，成人20kg，其中外交人员35千克，Q=3MW火源面积取0.5×0.5m2。通过FDS建立模型进行分析。

火灾释热速率车厢内1.8m处温度变化情况当时间达到450s时，人员疏散将受到温度影响。

车厢内1.8m处能见度当时间达到350s时，人员疏散将受到能见度的影响。

车厢内1.8m处CO2当时间达到500s时，CO2会影响到人员的安全疏散。

3.2 优化方案的可行性

方案一是通过限制乘客携带可燃物品的量来减少火灾，通过方案一可以为火灾人员疏散获得很少的疏散时间这种方案在实际火车管理和运营中不经济，也不合理。方案二是通过限制乘客携带可燃物品的种类，只准乘客携带火灾增长速度较慢的物品，通过这种方案可以为火灾中人员获得较多的安全疏散时间（250～300s），但这种方案限制乘客携带物品，会给旅客带来不便。

3.3 防止火灾发生、降低火灾危害措施

（1）内装修材料尽量使用不燃或难燃材料，窗帘和座椅外罩进行阻燃处。

（2）定期检查火车上的各种电气线路，及时更换故障线路。

（3）实行防火责任制，并派专人负责全车的防火安全检查，并负责对乘客进行防火教育。定期巡逻，及时消除火灾隐患。每节车厢应准备一根铁棍或者榔头等工具，以备必要时使用。

（4）加强列车防火管理。禁止在车厢内吸烟和使用明火，禁止乱扔烟头。对于卧铺车厢的乘客，更应教育他们不要在车厢内吸烟，更不能躺在卧铺上吸烟。加强进站前对易爆、易燃危险品的检查。

（5）应按相关规范和标准的要求配备相关灭火设施，并对其进行定期检查、检修。

（6）限制客流量。应采取措施，对火车的乘载人数进行限制，避免火车内乘客过于拥挤。

4 结语

通过对车厢内烟气流动的研究，了解温度场和烟气浓度场的分布，可以采取更好的紧急灭火及排烟措施，有助于控制火势向相邻车厢发展。掌握火灾发生时列车内的温度分布规律，不仅是确定列车的耐火性能和防火分隔及布置消防设施的关键，而且对构建物各部分的材料选择和构筑物的结构设计等具有重要的意义，并对火灾报警装置的安装位置提供指导。

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U231.96

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1671-0711（2017）03（上）-0175-02