B型地铁列车侧壁材料耐火性探究

武超

【摘  要】本文笔者对B型地铁列车侧壁材料的防火性进行了分析研究，并在文章中详细阐述了B型地铁列车侧壁材料耐火性材料的研究实验方法，详细总结了研究实验方法原理、数据模型建立以及结果对比流程。

【关键词】B型地铁列车;侧壁结构;耐火性

引言

地铁列车的侧壁结构对列车的防护性有直接的影响，而在列车运行过程中火灾发生的可能性相对比较大，危害性也比较大，对于列车侧壁耐火性研究对于整个地铁列车的防护性研究直观重要。

1.原理介绍

列车运行中，列车材料的强度性能，机械性能、耐火性和抗腐蚀性能都对列车的运行起到非常重要的作用。而在研究B型地铁列车侧壁材料的耐火性能中，是针对地铁列车侧壁结构安全性进行的试验检查。在B型地铁列车实际检查的过程中重要应用的试验方法是Pyrosim软件计算方法，在试验中将B型地铁车辆的各项数据都建入到Pyrosim 软件模型当中，模拟B型地铁车辆在遭遇火灾过程中实际的热释放速率、温度、烟、火及毒气的变化情况。并且在本次试验中，试验的列车侧板主要材料包括铝合金材料和玻璃钢材料两种，通过对比两种材料的各项抗火数据，选择使用耐火性更加良好的侧壁材料。

Pyrosim软件可以被称作为火灾动态仿真模拟软件，在Pyrosim软件当中不仅应用了可视化的三维图形处理模块，还包括火灾详细资料输入模块，输入模块中包括火灾数据建模、火源数据设置、材料燃烧条件和燃烧性能参数设置等多模块，通过各模块的参数设计合理的实现模型建立和数字对比。

在Pyrosim软件进行数据计算的过程中，应用到的基本原理就是计算流体力学。在Pyrosim软件进行计算的过程中主要包括以下两部分内容;（1）在Pyrosim软件计算中采用Navier-Stokes 方程计算热驱动流动值，从而能够有效的了解到模拟火灾场景中烟气流动和热传递过程。（2）利用Pyrosim軟件可以利用有限体积方法计算网格中的热辐射资源，包括列车模拟场景内部底板、车体各个部位的温度、热释放速率以及烟气浓度等数值，从而有效的展现地铁列车模拟产生的火灾情况，和材料耐火情况。

2.模型的建立与仿真

在进行Pyrosim软件数值试验过程中，第一步就是进行模型仿真建立，建立模型主要是在Pyrosim软件中输入相应的实际数据，便于模型建立和数值计算。主要包括三个方面;（1）将B 型地铁车辆的实际值输入到模型系统当中，其中包括B 型地铁车辆的高度、宽度、长度、空间体积，侧壁材料厚度设计、门窗通风性设计、内部其他材料尺寸以及各项性能参数输入。（2）将侧壁材料数据输入到软件当中。本次试验主要检测的就是B 型地铁车辆侧壁结构材料的耐火性，所以检测中应该分别输入设计好的仿真材料性能。本次试验主要选择玻璃钢侧壁材料和铝合金侧壁材料两种材料各项参数条件（如表1）所示。（3）为了方便直观的观察两个材料的耐火性，应该遵循对比条件一致的试验原理，所以两种材料在模拟火灾的过程中，应该选择使用同种燃烧模型，燃烧仿真性一致，才能保证试验数据更加精准。

在进行Pyrosim软件模型试验的过程中，为了方便在试验中测量各项数据比例，应该在模拟车厢内部设置相应的传感器和slice 面等实施检测装备，从而能够有效的抱枕数据记录的效率。而在本次试验中，为了仿真火灾和充分燃烧情景，将国原单位热释放速率和火源面积进行了数据计算，其中单位热释放速率为2500 kW/m 2，而火源面积则确定为0.09 m 2。

3.仿真结果对比

3.1热释放速率结果对比

在材料耐火性对的过程中，热释放速率值对比在一定程度上影响着材料的耐火性，所以在仿真实验中应该对材料的热释放速率进行计算分析对比。材料的热释放速率具体就是指材料在燃烧的过程中单位时间所产生的热量值。而在本次仿真实验中，实验的总体时间达到了1000s中，其中在具体的计算过程中，我们根据两种材料的燃烧分为前期、中期和后期三个阶段。前期阶段具体就是指材料燃烧时间400s之内。中期阶段具体是指材料燃烧的400s-600s范围之内，而材料燃烧的后期阶段则是在600s-1000s的范围之内，而通过模拟仿真实验数据对比计算我们发现，铝合金材料和玻璃钢两种材料在同一火源、燃烧面积相同以及通风条件都一致的情况下，除了中期阶段玻璃钢材料的热释放率要高于铝合金材料的热释放率，前期和后期阶段的两种材料的热释放率几乎一致。另外，通过数据研究发现，玻璃钢材料的热释放率值最大为9.6MW.而燃烧时间在460-470s之间。而铝合金材料的热释放率值最大为8.1MW，铝合金材料的最大热效率值燃烧时间在500-505s之间。铝合金模型的燃烧速度相比于玻璃钢模型的燃烧速度相对要慢，而燃烧速度慢就有利于地铁列车人员进行安全逃生。

3.2温度场的比较

在B 型地铁车辆进行试验的过程中，温度场因素也直接影响到火灾的危险程度。据火灾危险相关知识数据显示，在火灾发生的过程中，人体能够承受的直接烟气和热度不应该超过60摄氏度，如果超过60摄氏度人体受到的危害就相对比较大。利用Pyrosim软件对火灾发生中的温度场进行了分析比较，其中包括对两种材料的同一位置处的温度场进行比较结果发现。铝合金模型的热场温度达到60摄氏度是总计燃烧时间在175s-180s时间段内。而玻璃钢模型热场温度达到60摄氏度范围时的燃烧时间范围在160s-165s范围之内。所以，通过数据对比发现，铝合金侧壁材料相比于玻璃钢材料的安全性系数更高。

3.3 CO浓度比较

利用Pyrosim软件建模试验中，还要对烟气危害进行对比，在火灾发生过程中，烟气危害也比较严重，而在火灾发生中CO是主要的危害物质，所以为了有效的分析铝合金材料和玻璃钢材料的耐火性和安全性，也要对两种材料燃烧产生的CO浓度进行对比。而通过Pyrosim软件模拟数据对比可以发现，在1000s的燃烧时间之内，分为三段燃烧时间，其中那个在中间400s-600s时间范围之内，玻璃钢的烟气浓度要比铝合金的烟气浓度要高。且与热释放速率变化相同，铝合金材料的烟气浓度最高值在600s左右，而玻璃钢烟气浓度的最高值在450s范围之内，且铝合金烟气最高浓度值为2.5x10-4Kg/m3，而玻璃钢的烟气浓度最高值为2.9X10-4Kg/m3。所以，相比较之下，铝合金的侧壁材料的耐热性更好，安全性更高。

4.结束语

本文笔者从热释放速率、温度场以及一氧化碳浓度三个方面进行了比较，铝合金材料的各方面数据值都要低于玻璃钢材料。所以，B型地铁列车的侧壁材料中，铝合金材料的耐火性更好，安全性更高。

参考文献

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[2]李宝泉， 李东锋， 任晓玲，等. B型地铁列车曲线连挂救援分析[J]. 中国铁路， 2016， 000（006）：89-92.