一种铁路隧道救援站火灾控烟系统及风量计算方法

技术领域

本发明涉及火灾控烟领域，特别是涉及一种铁路隧道救援站火灾控烟系统及风量计算方法。

背景技术

着火列车停靠救援站进行人员疏散过程中，列车内大量受困人员将通过站台穿越横通道进入安全隧道。传统的铁路隧道救援站通过横通道往主隧道内送风，这仅可保证安全隧道及横通道内没有有毒烟气侵入，但不能保证救援站站台没有烟气。燃烧的列车将在短时间内产生大量的烟气，烟气会迅速分布在主隧道内并下沉至逃生站台，这会严重影响受困人员的逃生环境。列车上人员众多所需的逃生时间长，逃生站台烟气下沉后会严重威胁受困人员生命安全，造成巨大的生命财产损失。例如现有的火灾通风排烟系统(如公开号为CN114198128A的中庭式地铁车站火灾通风排烟系统)也无法防止有毒烟气侵入逃生站台。对此，本发明提出一种能够有效阻止有毒烟气侵入逃生站台的铁路隧道救援站火灾控烟系统及风量计算方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁路隧道救援站火灾控烟系统及风量计算方法，利用挡烟垂壁和空气幕隔绝铁路隧道洞内救援站列车燃烧时产生的大量有毒烟气，保证逃生站台逃生环境，同时也能防止烟气通过横通道进入安全隧道。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种铁路隧道救援站火灾控烟系统，所述系统包括：设于所述铁路隧道洞内救援站路段的多个横通道、设于逃生站台远离横通道一端的挡烟垂壁和空气幕；

所述挡烟垂壁的上端连接于隧道内顶壁上，所述挡烟垂壁的下端悬空于列车轨道靠近逃生站台的一侧；所述空气幕连接于所述挡烟垂壁下端。

可选的，所述挡烟垂壁下端距离所述逃生站台的距离小于列车顶部到所述逃生站台的距离。

可选的，所述空气幕以所述横通道为界分段；每段所述空气幕设有空气幕送风管道，每一所述空气幕送风管道的一端连接所述空气幕，所述空气幕送风管道的另一端连接所述横通道。

本发明还提供一种基于铁路隧道救援站火灾控烟系统实现的风量计算方法，所述方法具体包括：

以隧道横截面所在平面建立XY二维垂直坐标系，其中Y轴为重力方向；

基于所述XY二维垂直坐标系构建隧道烟气流函数和倾斜吹出的平面射流基本段的流函数；

利用所述隧道烟气流函数和所述倾斜吹出的平面射流基本段的流函数确定垂直送风口前流函数；

根据流体力学原理和所述垂直送风口前流函数确定以烟气流线和垂直送风平面射流线为边界的体积流量；

根据所述体积流量确定第一直送风射出流量和第二垂直送风射出流量；所述第一垂直送风射出流量为隧道内烟气流量达到饱和值时的垂直送风射出流量；所述第二垂直送风射出流量为隧道内烟气蔓延速度小于预设值时的垂直送风射出流量。

可选的，所述隧道烟气流函数的表达式为：

其中，

可选的，所述倾斜吹出的平面射流基本段的流函数的表达式为：

其中，v

可选的，所述垂直送风口前流函数的表达式为：

可选的，所述体积流量的表达式为：

其中，B为空气幕墙长度；当x＝0，y＝0时，Ψ＝Ψ

可选的，所述第一直送风射出流量的表达式为：

其中，

可选的，所述第二垂直送风射出流量的表达式为：

其中，β为热交换系数；L为空气幕墙与火源的距离；H为站台顶部至空气幕墙管底部之间的高度；M为火源热释放速率；h为烟气层高度；α为射流角度；T

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开一种铁路隧道救援站火灾控烟系统及风量计算方法，涉及火灾控烟领域，系统包括：设于铁路隧道洞内救援站路段的多个横通道、设于逃生站台远离横通道一端的挡烟垂壁和空气幕；所述挡烟垂壁的上端连接于隧道内顶壁上，所述挡烟垂壁的下端悬空于列车轨道靠近逃生站台的一侧；所述空气幕设于所述挡烟垂壁下端。本发明使用空气幕和挡烟垂壁相结合的方式将着火列车和逃生站台分隔为两个独立的空间，这不仅能大大降低平导送风量(甚至不需要平导送风)，而且还能有效地防止烟气进入逃生站台，有于保障逃生站台上地受困人员生命安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的一种铁路隧道救援站火灾控烟系统结构图；

图2为.本发明实施例2提供的一种基于铁路隧道救援站火灾控烟系统实现的风量计算方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种铁路隧道救援站火灾控烟系统及风量计算方法，利用挡烟垂壁和空气幕隔绝铁路隧道洞内救援站列车燃烧时产生的大量有毒烟气，保证逃生站台逃生环境，同时也能防止烟气通过横通道进入安全隧道。挡烟垂壁能够减少空气幕的送风量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，本发明一种铁路隧道救援站火灾控烟系统，所述系统包括：设于所述铁路隧道洞内救援站路段的多个横通道、设于逃生站台远离横通道一端的挡烟垂壁和空气幕。隧道一般为马蹄形。横通道连接列车行使的主隧道和与主隧道平行设置的安全隧道。在救援站逃生站台的两端设有防火门。

所述挡烟垂壁的上端连接于隧道内顶壁上，所述挡烟垂壁的下端悬空于列车轨道靠近逃生站台的一侧；所述空气幕连接于所述挡烟垂壁下端。增加垂壁减少空气幕隔烟高度。

为了保证有效的隔绝烟气进入逃生站台，要求所述挡烟垂壁下端距离所述逃生站台的距离小于列车顶部到所述逃生站台的距离。

所述空气幕以所述横通道为界分段；每段所述空气幕设有空气幕送风管道，每一所述空气幕送风管道的一端连接所述空气幕，所述空气幕送风管道的另一端连接所述横通道。

本实施例中，利用挡烟垂壁和空气幕隔绝铁路隧道洞内救援站列车燃烧时产生的大量有毒烟气，保证逃生站台逃生环境，同时也能防止烟气通过横通道进入安全隧道。挡烟垂壁能够减少空气幕的送风量。传统的铁路隧道救援站仅从横通道内送风，仅可保证安全隧道没有烟气侵入，不能保证逃生站台没有烟气。使用空气幕也能大大降低平导送风量，或者不需要平导送风。

实施例2

如图2所示，本发明提供一种基于铁路隧道救援站火灾控烟系统实现的风量计算方法，所述方法具体包括：

S1：以隧道横截面所在平面建立XY二维垂直坐标系，其中Y轴为重力方向。

S2：基于所述XY二维垂直坐标系构建隧道烟气流函数和倾斜吹出的平面射流基本段的流函数。

所述隧道烟气流函数的表达式为：

其中，

所述倾斜吹出的平面射流基本段的流函数的表达式为：

其中，v

S3：利用所述隧道烟气流函数和所述倾斜吹出的平面射流基本段的流函数确定垂直送风口前流函数。

垂直送风口前流函数Ψ为烟气流函数Ψ1和垂直送风平面射流Ψ2叠加。

所述垂直送风口前流函数的表达式为：

S4：根据流体力学原理和所述垂直送风口前流函数确定以烟气流线和垂直送风平面射流线为边界的体积流量。根据流体力学原理,两条流线的差值即为以两条流线为边界的体积流量Q。即:

所述体积流量的表达式为：

其中，B为空气幕墙长度；当x＝0，y＝0时，Ψ＝Ψ

S5：根据所述体积流量确定第一直送风射出流量和第二垂直送风射出流量；所述第一垂直送风射出流量为隧道内烟气流量达到饱和值时的垂直送风射出流量；所述第二垂直送风射出流量为隧道内烟气蔓延速度小于预设值时的垂直送风射出流量。

最坏情况下，火势猛烈使行车主隧道内烟气流量达到饱和值，此时烟气流量Q

而垂直送风射出流量为：

Q

v

令

令Q＝0，即垂直送风射出流量使得穿越空气幕墙的气流流量为零，烟气不再穿过空气幕墙，

可得：

其中，/>

隧道内烟流进一维蔓延阶段，即烟气在隧道横向温度变化差别很小时的阶段，可认为烟气蔓延速度沿隧道横断面方向不再发生变化，则烟气流量可近似为：

Q

h为烟气层高度；v为烟流流经横通道时速度。

垂直送风射出流量为：

烟气在距火源L处的平均速度v为：

M为火源热释放速率，T

烟气在距火源L处平均温度T

TL＝e-kLΔTmax+T0

k为温度衰减系数，火源附近最高温度：

β为热交换系数，L为空气幕墙与火源的距离，对连续幕墙，通常取幕墙中点与火源的距离，H为站台顶部至空气幕墙管底部之间的高度；M为火源热释放速率。

得出最终的垂直送风射出流量，即为：所述第二垂直送风射出流量的表达式为：

其中，β为热交换系数；L为空气幕墙与火源的距离；H为站台顶部至空气幕墙管底部之间的高度；M为火源热释放速率；h为烟气层高度；α为射流角度；T

射流角度α对挡烟效果影响很大，一般要根据设计自行选择；一般取30°；烟气层高度h与火灾规模及燃烧物有关，h越大，所需风量越高。H为设计参数，可根据要求自行决定，但需要考虑人员疏散高度，和车门一样高最好，隧道的火源热释放速率M是设计参数，铁路隧道一般为15或者20MW。

其中B为空气幕墙长度，h为烟气层高度，M为火源热释放速率，T

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。