应急逃生窗打开方式对高铁火灾热释放速率研究

李镇韬 苗彪彪

摘要：动车已经成为如今人们出行中的重要交通工具，动车的安全性直接关系到社会大众的生命安全。文中，利用Pyrosim软件建立模型，模拟不同工况，针对应急逃生窗打开方式对高铁火灾热释放速率进行分析，为提高动车安全性提供支持。

关键词：动车; 高铁; 应急逃生窗; 火灾

1   引言

众所周知，在我国动车是现如今出行常见的交通工具，关乎着我国的经济大动脉[1]。就普通火车而言，动车舒适度更高、速度更快以及晚点率低。所以对于动车的危险性我们也要进一步了解[2]，由于动车车厢是狭长的空间，开口有限，通风只能靠逃生窗、车门以及车顶通风口[3，4]。本文选择CRH3C中第五节车厢（含小卖部）为参照对象，运用Pyrosim软件建立模型[5]，模拟不同工况，对比火源功率与不同的逃生窗打开方式对火源热释放速率的影响，得到了动车发生火灾时，不同的火源功率带来的车厢热释放速率以及对应的逃生窗打开与否建议。

2   Pyrosim模型和工况设置

2.1  模型的建立

本文选择合肥到义乌的G7638次列车（型号CRH3C）为模拟对象，从中选择第五节车厢作为建模基准。内部布置见图1。

创建车厢模型尺寸为26mX3.9mX2.5m（长X宽X高），网格大小为0.1X0.1mX0.1m，共253000个网格，模拟时间定为600s。模拟设置的火源尺寸为0.5mX1.0m，放置在车厢的中间。每隔5米布置三个热电偶，用来测量O2浓度、CO2浓度以及温度。

2.2  Pyrosim模拟工况

为了验证火灾发生时，火源功率大小与救生窗打开方式对火灾的热释放速率影响，本文共设置了三组共十二种工况火灾进行对比，如表1所示。

3   模拟结果与分析

3.1  火源功率500kw情况下，不同逃生窗打开方式对车厢热释放速率的影响

四种场景下，热释放速率在420s之前变化相差不大，四种场景都在100s附近达到第一个峰值300kw左右。火源功率500kw条件下，车厢内热释放速率和火源处O2浓度曲线见图3。

在动车发生火灾且火源功率不大（500kw左右）这种情况下，综合车厢热释放速率、温度和烟气浓度，建议是选择打开所有逃生窗这种应急措施，可以有效减小烟气浓度，其次的应对措施是逃生窗全不打开和仅打开火源处的两个逃生窗，最差的应急措施是只打开火源远处逃生窗。

3.2  火源功率1000kw情况下，不同逃生窗打开方式对车厢热释放速率的影响

在火源功率为1000kw的工况下，火源附近的热电偶显示，四个火灾场景1000-close、1000-only、1000-other以及1000-open，火源附近最高平均温度分别为261℃、1069℃、1084℃以及444℃;车厢内最大热释放速率分别为928kw、12800kw、15100kw以2260kw。四个火灾场景在0-80s之间热释放速率变化不大，80s之后热释放速率显示差异。火源功率1000kw条件下，车厢内热释放速率和火源处O2浓度曲线见图4。

上述的四种场景，我们可以得知，只有逃生窗全不打开这种工况下，点火源自身热释放速率500kw（火源功率X火源面积=1000X0.5X1=500kw）与稳定之后的平均热释放速率614kw相差不大，其他工况稳定之后的平均热释放速率都远超500kw。在点火源为1000kw的时候，待人员退到其他车厢，迅速封闭整个车厢是最好的应急措施，其次应急措施是打开所有逃生窗。

3.3  火源功率2000kw情况下，不同逃生窗打开方式对车厢热释放速率 的影响

在点火源功率达到2000kw时，0-60s四种工况热释放速率曲线变化基本一致，60s之后由于点火源不断的点燃附近的可燃物，车厢内热释放速率迅速上升，造成车厢内轰燃，到达峰值后，热释放速率逐渐稳定并开始回落。火源功率2000kw条件下，车厢内热释放速率和火源处O2浓度曲线见图5。

上述的四种场景，我们可以得知，在火源功率达到2000kw时，除了逃生窗全部关闭这种工况，其他的三种工况，在60s逃生窗开启之后，新涌入的空气迅速的和点火源接触，从而使整个车厢进入轰燃阶段，直到可燃物消耗殆尽才停止燃烧。表明在点火源为2000kw的时候，打开逃生窗，外界空气涌入之后会迅速造成整个车厢轰燃。此时若是乘客为了逃生，慌乱之中打开逃生窗，会导致整个车厢热释放速率迅速飙升，造成整个车厢和人员安全受到严重威胁。

4   结语

（1）在点火源功率为500kw条件下，由于点火源功率不大，车厢大部分可燃物都没有被点燃，此时，车厢内可燃物对火源热释放速率的贡献可忽略不计。此时打开所有逃生窗，可以使车厢内有毒气体的浓度变低以及温度降低。

（2）在点火源功率为1000kw条件下，由于点火源功率偏高，此时逃生窗的打开方式尤为重要。仅打开点火源附近逃生窗以及打开点火源远处的逃生窗都会导致车厢内发生轰燃状态。发生火灾时，可能会有乘客慌乱之中打开不恰当的逃生窗，导致车厢轰燃。所以发生火灾时的秩序需要得到维护，待人员退到相邻车厢，关闭通道，让车厢内氧气耗尽，自动熄灭。

（3）在点火源功率为2000kw条件下，由于点火源功率很大，车厢大部分可燃物在短短时间内被相继点燃，此时打开任意逃生窗都会导致车厢内发生轰燃，对人员造成严重威胁。

作者簡介：

李镇韬，在读研究生，研究方向：防灾减灾。

苗彪彪，硕士研究生，研究方向：防灾减灾。

参考文献：

[1]   阙光旭.刍论高铁行业对中国经济发展的影响和重要意义[J].中国战略新兴产业，2017，（20）.

[2]   张山虎.动车组列车火灾安全分析与评估研究[D].成都：西南交通大学，2011年.

[3]   李绍平.成都动车存车场火灾危险性数值模拟分析[D].成都：西南交通大学，2010年.

[4]   闫  莉.基于FDS 模拟高铁中行李数量对火灾危险性的影响[J].消防技术与产品信息，2015，（04）.

[5]   李  霞，林建辉.高速列车热释放速率模型的验证[J].重庆理工大学学报，2014，（08）.