地鐵列車行駛速度對(duì)火災(zāi)煙氣溫度特性的影響

(1.西安科技大學(xué)西部礦井開采及災(zāi)害防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安，710054；2.西安科技大學(xué)安全與科學(xué)工程學(xué)院，陜西西安，710054；3.中國五環(huán)工程有限公司安全環(huán)保室，湖北武漢，430000；4.西安市軌道交通集團(tuán)有限公司安全質(zhì)量監(jiān)督部，陜西西安，710018)

近年來，隨著地鐵交通的逐漸發(fā)達(dá)，一系列突發(fā)事故也相應(yīng)增加，一旦發(fā)生火災(zāi)勢必會(huì)增大整個(gè)災(zāi)變環(huán)境的應(yīng)急處置難度[1]。我國《地鐵安全疏散規(guī)范》指出當(dāng)列車發(fā)生火災(zāi)后，若列車未喪失動(dòng)力，則應(yīng)繼續(xù)行駛至站臺(tái)進(jìn)行人員緊急疏散；若列車不能行駛至車站，則應(yīng)通過道床緊急疏散[2]。因此，現(xiàn)階段對(duì)于地鐵火災(zāi)的主要研究集中在隧道中靜止列車火災(zāi)和運(yùn)動(dòng)列車火災(zāi)2種情形下的火災(zāi)溫度分布和煙氣蔓延。國內(nèi)外專家對(duì)于隧道中火源靜止燃燒造成的煙氣蔓延和溫度場分布情況的研究較為廣泛，劉方等[3]基于實(shí)驗(yàn)和FDS數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究了地鐵隧道采用縱向排煙系統(tǒng)時(shí)，不同熱釋放速率及排煙速度下區(qū)間隧道內(nèi)煙氣溫度縱向分布特征，并對(duì)縱向溫度分布的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了修正。LIU 等[4]采用數(shù)值模擬和全尺寸實(shí)驗(yàn)，研究了現(xiàn)有通風(fēng)模式下滅火抑煙效率方面的問題，得出了對(duì)應(yīng)通風(fēng)模式下火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣溫度、有毒有害氣體、能見度及輻射熱流均保持在安全水平，為制動(dòng)火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案提供參考依據(jù)。KASHEF等[5]通過縮尺實(shí)驗(yàn)研究了自然通風(fēng)條件下，隧道火災(zāi)頂部溫度分布和煙氣擴(kuò)散，建立了溫度分布和煙氣擴(kuò)散程度預(yù)測公式，并用煙氣擴(kuò)散面積表征煙氣層長度和溫度的衰減關(guān)系。對(duì)于運(yùn)行列車在隧道中發(fā)生火災(zāi)造成的煙氣蔓延和溫度分布，國內(nèi)外學(xué)者也進(jìn)行了相關(guān)研究。XI等[6]利用縮尺寸實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)隧道中著火列車的安全運(yùn)行速度進(jìn)行了模擬研究，分析了列車運(yùn)行速度對(duì)溫度場變化和煙氣的擴(kuò)散影響，得出著火列車在隧道中運(yùn)行的安全速度為41.83～45.00 km/h。王湛等[7]采用1:4 的列車與隧道模型，研究了著火列車車廂內(nèi)的溫度分布，結(jié)果表明著火列車靜止時(shí)溫度上升速率最快，隨著風(fēng)速增加車廂內(nèi)最高溫度逐漸降低。綜上所述，現(xiàn)有文獻(xiàn)成果采用數(shù)值模擬或?qū)嶒?yàn)方法分析了煙氣蔓延長度和隧道縱向溫度分布特征，而對(duì)不同運(yùn)行速度下形成復(fù)雜氣流對(duì)最高溫度點(diǎn)偏移及溫度下降速率的影響研究較少。因此，本文作者建立1:10 小尺寸實(shí)驗(yàn)臺(tái)，分析隧道中運(yùn)行列車起火后車廂頂部火焰蔓延規(guī)律及溫度分布特性，通過溫度分布劃分車輛起火后的危險(xiǎn)區(qū)域，為地鐵火災(zāi)的緊急避險(xiǎn)和應(yīng)急救援提供參考依據(jù)。

1 理論分析

列車運(yùn)行時(shí)，壓縮運(yùn)行方向的空氣，將風(fēng)流推送至活塞風(fēng)井中，并與隧道內(nèi)壁之間因?yàn)榭諝饬鲃?dòng)而形成與運(yùn)行方向相反且具有一定速度的環(huán)形風(fēng)流[8]。因?yàn)榱熊図敳吭O(shè)有大量的電路和電子設(shè)備，在列車長期運(yùn)行中若電氣溫度過高會(huì)造成車廂頂部起火，并且火勢的發(fā)展會(huì)受到環(huán)形風(fēng)流的擾動(dòng)。因此，將列車運(yùn)行中產(chǎn)生的風(fēng)速作為影響火勢變化的主要因素。故設(shè)列車在隧道中運(yùn)行速度為v0，形成的活塞風(fēng)速為v，列車與隧道空間形成的風(fēng)速為vs，如圖1所示。

相對(duì)于列車的風(fēng)速為vc=v0+vs，因?yàn)榛鹪丛诹熊図敳侩S列車一起運(yùn)動(dòng)，所以氣流對(duì)于火源的風(fēng)速也為vc，郗艷紅等[9]根據(jù)連續(xù)性方程，計(jì)算得出列車在隧道中運(yùn)行風(fēng)速：

其中：α為列車橫斷面積A0與隧道橫截面積A的比值，即阻塞比；ξ0為除環(huán)狀空間外隧道段的阻力系數(shù)；λ為沿程阻力系數(shù)；L和L0分別為隧道長度和列車長度；d和ds分別為隧道和環(huán)狀空間的水力直徑；K為活塞作用系數(shù)；ξ為氣流由車站進(jìn)入隧道的局部阻力系數(shù)；ξ1和ξ2分別為氣流由隧道進(jìn)入環(huán)形空間或由環(huán)形空間進(jìn)入隧道段的局部阻力系數(shù)。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)介紹

建立隧道截面寬度為0.48 m，高為0.42 m，頂部為圓拱結(jié)構(gòu)，半徑為0.24 m，底部為矩形，高為0.18 m，由單節(jié)長度為0.7 m 的14 根節(jié)段連接而成，隧道長共為10 m 的實(shí)驗(yàn)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)隧道頂部由不銹鋼和耐熱玻璃組成，通過玻璃觀察火焰形態(tài)變化。在實(shí)驗(yàn)隧道端部安設(shè)1臺(tái)風(fēng)機(jī)，通過調(diào)頻器控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)風(fēng)速調(diào)節(jié)。以實(shí)驗(yàn)火源點(diǎn)為起點(diǎn)沿下風(fēng)向每間隔20 cm布置1個(gè)熱電偶，共布置21個(gè)熱電偶，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示。

本文實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要采用相對(duì)風(fēng)速的原理，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，列車靜止在隧道中，在隧道另一端布置一臺(tái)軸流式風(fēng)機(jī)，通過端頭風(fēng)機(jī)向隧道中提供縱向風(fēng)，風(fēng)機(jī)提供的縱向風(fēng)吹向隧道中靜止列車，以此來模擬列車在隧道中運(yùn)行時(shí)的風(fēng)流狀況。

在運(yùn)行列車火災(zāi)中，火焰的變化主要受浮力作用影響，火源附近的煙氣流動(dòng)為重力流，離火源較遠(yuǎn)處的氣流為壓力流，但由于雷諾數(shù)較大，可以作為阻力平方區(qū)看待，滿足雷諾準(zhǔn)則[10]。因此，采用Froude準(zhǔn)則作為相似準(zhǔn)則[11]。各參數(shù)相似關(guān)系如表1所示。表1中：下標(biāo)m 代表模型；r 代表原型。

圖2 隧道實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖Fig.2 Tunnel experiment system diagram

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)相似關(guān)系Table1 Similarity of experimental parameters

2.2 參數(shù)設(shè)置

實(shí)驗(yàn)采用柴油作為火源，將其放置于5種直徑的油盤中作為不同熱釋放速率的實(shí)驗(yàn)火源，并通過相似性準(zhǔn)則計(jì)算出相應(yīng)的實(shí)際火源功率。我國地鐵運(yùn)行速度區(qū)間在0～80 km/h，列車在隧道中運(yùn)行時(shí)，要經(jīng)歷停止、加速、勻速、減速和停車階段。本實(shí)驗(yàn)選取0，40，60 和80 km/h 作為模擬運(yùn)行列車的速度變化，根據(jù)式(5)可計(jì)算出火源受到的風(fēng)速。利用相似性原理得出實(shí)驗(yàn)?zāi)M通風(fēng)速度，實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置見表2。

3 結(jié)果及分析

截取4 種風(fēng)速下火源穩(wěn)定燃燒10 s 的火焰視頻，采用Matlab軟件對(duì)火焰視頻進(jìn)行處理，得出4種風(fēng)速下火焰形態(tài)的概率云圖如圖3所示。將4種風(fēng)速的火焰出現(xiàn)概率高于50%的位置判定為火焰形態(tài)的位置，將火焰最遠(yuǎn)位置和火源中心點(diǎn)連線與水平線之間夾角作為判斷火焰偏移角度依據(jù)。無縱向風(fēng)時(shí)火焰受浮升力垂直向頂棚蔓延，油盤火焰加熱上方空氣，熱空氣向上運(yùn)動(dòng)時(shí)卷吸四周的冷空氣進(jìn)行補(bǔ)充，形成煙羽流[12]。當(dāng)風(fēng)速為0.6 m/s 和0.8 m/s 時(shí)，火焰形態(tài)受縱向風(fēng)影響，火焰向下風(fēng)向分別大約偏移30°和45°；當(dāng)風(fēng)速為1.0 m/s時(shí)，火焰偏移角大于60°。縱向風(fēng)速從0 m/s開始增加，火焰垂直向頂棚蔓延過程受到縱向風(fēng)干擾，使得火焰豎直方向受到改變。風(fēng)速增大后，火焰蔓延方向與風(fēng)流方向之間夾角逐漸縮小，火焰形態(tài)出現(xiàn)紊亂[13]。因此，著火列車在隧道中逐漸加速運(yùn)行的過程中，其火焰會(huì)向下風(fēng)向偏移和蔓延，并且偏移角度和蔓延距離與運(yùn)行速度成正比。

表2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置Table2 Experimental parameter settings

圖3 4種風(fēng)速下火焰形態(tài)Fig.3 Flame patterns at four wind speeds

3.1 頂棚最高溫度及溫度衰減區(qū)域分析

實(shí)驗(yàn)測得各火焰功率下不同風(fēng)速的溫度變化如圖4所示。當(dāng)風(fēng)速≤0.8 m/s 時(shí)，各火源功率的頂棚最高溫度均出現(xiàn)在火源點(diǎn)上方；當(dāng)風(fēng)速為1.0 m/s時(shí)，最高溫位置向下風(fēng)向偏移0.3～0.5 m，并且在同一火源功率下，頂棚最高溫度與風(fēng)速成反比。朱偉等[14]對(duì)頂棚最高溫度及位置的研究結(jié)果基本一致，其不同之處在于最高溫位置向下風(fēng)向偏移的風(fēng)速不同，這取決于實(shí)驗(yàn)環(huán)境及所采用的實(shí)驗(yàn)火源。從圖4可知：12.34 kW 和15.60 kW 的火源功率在無風(fēng)速和其他風(fēng)速時(shí)的最高溫度差值較為接近，并且兩者差值均在140 ℃以上，其余3種火源功率的該溫度差值均在90 ℃左右。從火源功率和該溫度差值的整體變化來看，隨著火源功率的增加，該溫度差值呈一定的減小趨勢，并且各火源功率在0.6，0.8和1.0 m/s這3種風(fēng)速下的最高溫度之差隨火源功率的增加逐漸縮小，最高溫度逐漸接近。產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因是當(dāng)火源功率較小時(shí)，燃燒功率低，產(chǎn)熱量少、火焰溫度低，火焰加熱上方空氣向頂棚蔓延過程中產(chǎn)生的浮升力相對(duì)較小[15]。火源功率增大后燃燒產(chǎn)生的浮升力增加，火焰向上蔓延的動(dòng)能變大，抵抗縱向風(fēng)干擾的能力提升，風(fēng)速對(duì)火焰的影響減弱，所以，大火源功率在各風(fēng)速下的最高溫度相近[16]。

火源燃燒產(chǎn)生的熱煙氣溫度沿縱向衰減，這是因?yàn)樵谘厮淼理斉锫舆^程中熱煙氣與下部冷空氣進(jìn)行熱交換，從而降低了溫度[17]。根據(jù)圖4中溫度變化曲線可知：各火源溫度驟降區(qū)域?yàn)榫嚯x火源0.3～0.7 m，在距離火源0.3 m范圍內(nèi)和距離火源0.7 m 外溫度也出現(xiàn)下降，但下降趨勢不明顯。這是因?yàn)椋诰嚯x火源0.3 m范圍內(nèi)大量冷空氣被火焰卷吸加熱后沿頂棚蔓延，在該段內(nèi)與上部煙氣進(jìn)行熱交換的空氣量較少，溫度下降緩慢。而在0.3～0.7 m 區(qū)域內(nèi)下部冷空氣受火源的卷吸作用減弱，有足夠的冷空氣與上層熱煙氣進(jìn)行熱交換，從而使溫度急劇下降，并且造成大量煙氣聚集。距離火源較遠(yuǎn)處熱煙氣量減少，與下部冷空氣的熱交換減弱，溫度下降速度減緩并逐漸趨于穩(wěn)定，煙氣層厚度也相應(yīng)降低。這表明當(dāng)列車起火后火源點(diǎn)附近新鮮空氣含量較少，并且在距離火源0.3～0.7 m 范圍內(nèi)煙氣濃度較大，在此范圍內(nèi)危險(xiǎn)性更高。

根據(jù)各火源功率在風(fēng)速為0 m/s 時(shí)和其他3 種縱向風(fēng)速下的頂棚最高溫度，得到火源功率的變化和風(fēng)速改變對(duì)最高溫度的影響趨勢如圖5所示。從圖5可知：在同等的火源功率增幅區(qū)間內(nèi)，火源功率越大溫度增值越大。這是因?yàn)榛鹪垂β试龃笠院鬅後尫潘俾试黾樱鹪慈紵a(chǎn)生的熱量增多，所以，溫度增值更大[18]。風(fēng)速與溫度變化成反比，因?yàn)榭v向風(fēng)速加強(qiáng)了熱煙氣與冷空氣的對(duì)流換熱，并且風(fēng)速越大對(duì)流換熱越劇烈，溫度下降越快。同樣地，在列車運(yùn)行過程中，列車運(yùn)行速度越快，最高溫度越小。

圖4 不同火源功率各風(fēng)速下溫度分布Fig.4 Temperature distributions at different fire source powers and wind speeds

圖5 火源功率和風(fēng)速對(duì)溫度的影響Fig.5 Effect of fire source power and wind speed on temperature

3.2 溫度衰減速率分析

當(dāng)風(fēng)速為0 m/s時(shí)，5種火源溫度變化如圖6(a)所示。根據(jù)溫度驟降區(qū)域的分析結(jié)果可知：在0.3～0.7 m 區(qū)域溫度下降最快，隨后趨于平緩。在該區(qū)域內(nèi)各火源功率溫度降值如表3所示。從表3可以看出溫度降低幅度隨著火源功率的增加而增加。在無風(fēng)速時(shí)，火源功率增大后燃燒反應(yīng)加劇，火焰升溫對(duì)空氣的加熱面積增大，對(duì)周圍冷空氣的卷吸速度加快，使得火焰周圍壓力降低。隧道內(nèi)其余部位的冷空氣加速對(duì)流，火焰到達(dá)頂部形成頂棚射流后有大量冷空氣能與其進(jìn)行熱交換。因此，煙氣層溫度迅速降低，火源功率越大，在相同區(qū)域內(nèi)溫度降值越大[19]。

表3 原點(diǎn)到0.7 m位置溫度降值Table3 Temperature drop from the origin to 0.7 m

圖6 同一風(fēng)速不同火源功率溫度變化Fig.6 Different wind source power temperature changes at the same wind speed

當(dāng)風(fēng)速從0.6 m/s 增加至0.8 m/s 時(shí)，各火源功率的溫度變化分別如圖6(b)和6(c)所示，主要的降溫區(qū)域仍為距離火源0.7 m的范圍。在溫度下降階段，對(duì)應(yīng)風(fēng)速下不同火源功率在距離火源0.3 m范圍內(nèi)溫度下降速率小于距離火源0.3～0.7 m范圍內(nèi)溫度下降速率。在距離火源0.3～0.7 m范圍內(nèi)溫度下降速率與風(fēng)速成正比，并且從圖6(b)和6(c)可以看出，在該范圍內(nèi)0.6 m/s 風(fēng)速時(shí)溫度變化曲線斜率小于0.8 m/s 風(fēng)速時(shí)的斜率，表明風(fēng)速越大溫度下降越快。這是因?yàn)樵谙嗤鹪垂β氏拢S著風(fēng)速增大，頂棚射流向風(fēng)流方向蔓延長度增加，速度加快，煙氣層與空氣對(duì)流換熱速度增加，煙氣層溫度下降加快[20]。

當(dāng)風(fēng)速為1.0 m/s 時(shí)，各火源功率呈現(xiàn)的溫度變化如圖6(d)所示。5 種火源功率的溫度變化均為從火源點(diǎn)位置沿縱向風(fēng)方向溫度逐漸上升到最大值后開始降低，并且此風(fēng)速時(shí)的溫度下降速率相比其他風(fēng)速時(shí)下降速度更快。從4 種風(fēng)速中21.47 kW 和25.10 kW 火源功率的溫度變化可知：隨著風(fēng)速的增加，這2種火源功率在同一測點(diǎn)的溫度差值逐漸縮小，并且在風(fēng)速為1.0 m/s 時(shí)兩者的溫度變化曲線基本重合。這是因?yàn)楫?dāng)火源功率增大到一定值時(shí)，即使再增加火源功率，產(chǎn)生的溫度變化也不會(huì)太大。無論在何種風(fēng)速情況下溫度衰減速率都與火源功率變化成正比，但火源功率增大到一定值后其溫度下降速率的變化減緩，基本屬于穩(wěn)定值[21]。

3.3 運(yùn)行列車火災(zāi)溫度危險(xiǎn)區(qū)域分析

在地鐵火災(zāi)中威脅乘客安全的2類危險(xiǎn)為火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣溫度和煙氣中的有毒有害物質(zhì)[22]。本文以火災(zāi)煙氣溫度作為劃分危險(xiǎn)區(qū)域的主要依據(jù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析所得到的溫度分布，將距離火源一定范圍內(nèi)對(duì)人員造成傷害的區(qū)域劃分為嚴(yán)重危險(xiǎn)級(jí)、高危險(xiǎn)級(jí)、中危險(xiǎn)級(jí)、輕危險(xiǎn)級(jí)和安全5個(gè)危險(xiǎn)等級(jí)，將其分別用紅、橙、黃、藍(lán)和綠5種顏色代表。人在環(huán)境溫度為120 ℃的環(huán)境中可以忍受15 min，在175 ℃的環(huán)境中能夠忍受的時(shí)間不足1 min[23]。因此，根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)條件下溫度變化，以同一位置在不同實(shí)驗(yàn)條件下出現(xiàn)的最低溫度作為劃分危險(xiǎn)區(qū)域及危險(xiǎn)等級(jí)的主要判據(jù)，從火源點(diǎn)位置沿縱向方向開始進(jìn)行危險(xiǎn)等級(jí)劃分，結(jié)果如表4所示。

根據(jù)Froude準(zhǔn)則實(shí)驗(yàn)采用0，0.6，0.8 和1.0 m/s 不同風(fēng)速所對(duì)應(yīng)的列車實(shí)際運(yùn)行速度為0，40，60 和80 km/h。當(dāng)風(fēng)速為0 m/s 時(shí)，即列車停在隧道中，根據(jù)設(shè)置的5 種火源功率在該風(fēng)速下，25.10 kW 火源功率的最高溫度最大。因此，以該火源功率所測得溫度分布進(jìn)行危險(xiǎn)等級(jí)劃分，根據(jù)各危險(xiǎn)等級(jí)特征溫度所在位置劃分出相應(yīng)的危險(xiǎn)區(qū)域范圍。其他4 種風(fēng)速下同樣采用25.10 kW火源功率時(shí)的縱向溫度作為危險(xiǎn)區(qū)域判定的標(biāo)準(zhǔn)，4 種列車運(yùn)行速度下的危險(xiǎn)區(qū)域劃分如表5所示，其中危險(xiǎn)區(qū)域范圍的均采用以火源點(diǎn)為中心，向左右分別延伸的距離區(qū)間表示。

危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行判定時(shí)，存在各風(fēng)速的實(shí)驗(yàn)中最遠(yuǎn)位置處熱電偶測得的溫度大于危險(xiǎn)等級(jí)的判定溫度，導(dǎo)致無法用實(shí)驗(yàn)測得溫度對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行判定。但從對(duì)溫度下降區(qū)域和溫度衰減速率分析可知：距離火源點(diǎn)0.9 m范圍內(nèi)是溫度驟降的區(qū)域，火源點(diǎn)0.9 m 位置之外溫度變化基本趨于平緩。所以，可以根據(jù)從距離火源0.9 m熱電偶位置到最遠(yuǎn)處距離火源4.1 m處熱電偶位置之間的溫度變化來預(yù)測更遠(yuǎn)處并沒有熱電偶監(jiān)測的溫度變化。因此，可以采用下式計(jì)算出危險(xiǎn)區(qū)域邊界位置：

表4 危險(xiǎn)等級(jí)劃分Table4 Classification of hazard levels

表5 0 m/s風(fēng)速下危險(xiǎn)區(qū)域劃分Table5 Classification of hazardous areas at 0 m/s wind speed

其中：xa為危險(xiǎn)區(qū)域邊界位置(距離火源點(diǎn)的距離)；T1和T2分別為距離火源點(diǎn)0.9 m處和4.1 m處溫度；Ta為危險(xiǎn)區(qū)域判定溫度。

地鐵列車的編組一般為6節(jié)車廂，單節(jié)車廂長度為25 m 左右，對(duì)運(yùn)行列車車廂危險(xiǎn)區(qū)域劃分示意圖如圖7所示。

由圖7可知：列車運(yùn)行速度越大，溫度危險(xiǎn)區(qū)域的范圍向火源點(diǎn)中心集中。當(dāng)列車以40 km/h和60 km/h 運(yùn)行時(shí)，嚴(yán)重危險(xiǎn)和高危險(xiǎn)區(qū)域長度比靜止列車的長度短，但其中危險(xiǎn)和輕危險(xiǎn)長度顯著加長。這表明當(dāng)列車在隧道中運(yùn)行產(chǎn)生的風(fēng)流擾動(dòng)會(huì)對(duì)火源的燃燒造成影響，并使火焰向下風(fēng)側(cè)偏移，造成煙氣向下風(fēng)向蔓延長度增加[24]。因此，在火源下風(fēng)向的隧道中煙氣量大，導(dǎo)致下風(fēng)向隧道中環(huán)境溫度升高，中危險(xiǎn)和輕危險(xiǎn)區(qū)域范圍增加。當(dāng)列車以80 km/h的速度運(yùn)行時(shí)，溫度較高的區(qū)域范圍向中心縮小，而溫度區(qū)間為60～120 ℃的危險(xiǎn)區(qū)域范圍相比其余運(yùn)行速度下的該區(qū)域范圍增大。這是因?yàn)楫?dāng)列車以80 km/h 的速度運(yùn)行時(shí)，在隧道中產(chǎn)生了較強(qiáng)的縱向風(fēng)，縱向風(fēng)加速隧道內(nèi)風(fēng)流流動(dòng)，風(fēng)流流速增加導(dǎo)致火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌欤蛳嘛L(fēng)向偏移劇烈。此外，空氣流速加快會(huì)攜帶走燃燒產(chǎn)生的大量熱量，同時(shí)也增強(qiáng)了熱煙氣和冷空氣的對(duì)流換熱，普遍降低縱向溫度，溫度高于170 ℃的危險(xiǎn)區(qū)域范圍縮小。

圖7 溫度危險(xiǎn)區(qū)域劃分Fig.7 Division of temperature danger area

根據(jù)不同風(fēng)速條件下，運(yùn)行列車溫度危險(xiǎn)區(qū)域劃分可知：在列車由靜止到加速過程中，溫度高于170 ℃的危險(xiǎn)區(qū)域范圍向火源位置縮減，而溫度在60～120 ℃區(qū)間的高溫區(qū)域范圍隨著運(yùn)行速度的增加該區(qū)域范圍相應(yīng)變大，造成整車的危險(xiǎn)性增加。

4 結(jié)論

1)根據(jù)不同運(yùn)行速度下縱行溫度分布，地鐵列車在運(yùn)行中發(fā)生火災(zāi)后同一火源功率溫度變化受到縱向風(fēng)速的影響，當(dāng)車速≤60 km/h 時(shí)最高溫位置均出現(xiàn)在火源點(diǎn)上方，火焰形態(tài)受風(fēng)速的影響并不大；當(dāng)車速≥80 km/h 高溫點(diǎn)位置出現(xiàn)向下風(fēng)向方向偏移趨勢，偏移長度為0.3～0.5 m，火焰形態(tài)出現(xiàn)較大程度傾斜。

2)在相同風(fēng)速下不同火源功率在同一位置區(qū)域內(nèi)溫度降低值不同。當(dāng)風(fēng)速較小時(shí)(風(fēng)速≤0.8 m/s)，從火源點(diǎn)位置到距離火源點(diǎn)0.7 m范圍為溫度驟降區(qū)域，同一火源功率隨著風(fēng)速增加在該段區(qū)域內(nèi)溫度下降速率增大。當(dāng)風(fēng)速較大時(shí)(1.0 m/s)，從最高溫度點(diǎn)到距離火源0.9 m 范圍為溫度驟降區(qū)域，風(fēng)速越大，溫度降低速率越大。

3)由溫度分布劃出4種運(yùn)行速度列車的危險(xiǎn)區(qū)域，得到列車從靜止到逐漸加速過程中溫度高于170 ℃的區(qū)域逐漸向火源點(diǎn)縮小，而溫度為60～120 ℃區(qū)間的危險(xiǎn)區(qū)域逐漸增大。