摘要
随着我国经济迅猛发展，带动了城市建设进程的加高速列车的数量近年来显著增多，这也伴随着高速列车火灾事故的频发。近年来，国际、国内发生过多起高速列车火灾事故，造成了重大损失和国际社会影响，高速列车火灾安全已成为重要挑战性问题。 高速列车车厢内部着火后，车窗玻璃可能被乘客敲碎或受热破裂形成通风口，进而形成具有侧向开口的车厢内部火灾；另外，我国疆域广阔，地理环境复杂，地势西高东低，北方多平原而南方多山地丘陵，这就导致了高速列车需要在具有坡度的铁路上运行。车厢内的火灾燃烧过程因受到侧向开口和坡度的双重作用而发生显著变化，国内外学者对车厢内部的温度分布进行了大量研究，但是对迫停在坡度道路上并形成侧向开口的车厢内部火灾研究的较少。温度分布规律对于保护乘客财产及人身安全、评估车体结构损伤有着非常积极的意义，可以对制定消防救援紧急预案提供参考，甚至可以指导消防行动，以防止救援人员由于不了解火灾现场的温度演化特征，而盲目救援造成人身伤害。 本文以坡度和侧向开口尺寸对高速列车车厢内火灾演化的影响为核心，开展了不同坡度及开口尺寸的模型实验，测量了表征车厢内火灾演化、火焰在车厢内部扩展及从开口溢出等相关特征参数，基于经典的腔室火灾动力学模型，揭示了坡度和侧向开口尺寸双重影响下的高速列车车厢内部火灾的烟气温度分布特性。 1.研究了坡度和列车侧向开口尺寸对车厢内部燃烧特性的影响。研究发现：在高速列车车厢内部，随着火源热释放速率的增大，会依次出现燃料控制和通风控制两个阶段；而随着火源热释放速率的进一步增大，通风控制阶段又依次出现两种燃烧现象，一是火焰在车厢内部高频率振荡燃烧；二是车厢内火焰熄灭而在开口处产生持续燃烧的火焰，即开口火溢流阶段。 2.研究了坡度和列车侧向开口尺寸对车厢内部温度分布的影响。研究发现：车厢顶棚温度分布，并非左右对称，这是由于坡度的存在导致前后轮高度不一致，从而导致了烟气在位于火源两侧的顶棚方向蔓延时产生的温度衰减不一致。所以分别对前轮一侧和后轮一侧腔室内温度衰减规律进行了研究。 3.研究了坡度和列车侧向开口尺寸在燃料控制阶段和开口火溢流阶段对车厢内最大温度的影响，，揭示了车厢内处于不同燃烧阶段时最大温度的演化规律。研究表明：当火灾处于燃料控制阶段时，车厢内最大温度只受火源热释放速率与列车开口因子的影响，并基于实验数据建立了车厢顶棚最大温度预测模型。当火灾处于开口火溢流阶段时，列车坡度、火源热释放速率以及开口因子均会影响车厢顶棚的最大温度，基于MQH模型建立了顶棚最大温度与无量纲火源热释放速率、无量纲壁面热损与无量纲前轮高度的预测模型。 4.研究了坡度和列车侧向开口尺寸在燃料控制阶段和开口火溢流阶段对车厢内烟气温度纵向衰减规律的影响，分别定量分析了在各燃烧阶段时前轮一侧和后轮一侧的温度衰减规律。结果表明：前轮一侧和后轮一侧的纵向温度分布均符合指数衰减规律，但是在不同的燃烧阶段时，指数规律的模型不同。当腔室燃烧处于燃料控制阶段时，纵向温度分布受到火源热释放速率与列车坡度的影响；当处于开口火溢流阶段时，车厢内温度分布只与列车坡度有关。基于前人温度衰减模型，建立了不同燃烧阶段车厢顶棚下方温度纵向分布的修正经验模型。
NETL