B型地鐵列車側(cè)壁材料耐火性探究

武超

【摘? 要】本文筆者對(duì)B型地鐵列車側(cè)壁材料的防火性進(jìn)行了分析研究，并在文章中詳細(xì)闡述了B型地鐵列車側(cè)壁材料耐火性材料的研究實(shí)驗(yàn)方法，詳細(xì)總結(jié)了研究實(shí)驗(yàn)方法原理、數(shù)據(jù)模型建立以及結(jié)果對(duì)比流程。

【關(guān)鍵詞】B型地鐵列車;側(cè)壁結(jié)構(gòu);耐火性

引言

地鐵列車的側(cè)壁結(jié)構(gòu)對(duì)列車的防護(hù)性有直接的影響，而在列車運(yùn)行過(guò)程中火災(zāi)發(fā)生的可能性相對(duì)比較大，危害性也比較大，對(duì)于列車側(cè)壁耐火性研究對(duì)于整個(gè)地鐵列車的防護(hù)性研究直觀重要。

1.原理介紹

列車運(yùn)行中，列車材料的強(qiáng)度性能，機(jī)械性能、耐火性和抗腐蝕性能都對(duì)列車的運(yùn)行起到非常重要的作用。而在研究B型地鐵列車側(cè)壁材料的耐火性能中，是針對(duì)地鐵列車側(cè)壁結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行的試驗(yàn)檢查。在B型地鐵列車實(shí)際檢查的過(guò)程中重要應(yīng)用的試驗(yàn)方法是Pyrosim軟件計(jì)算方法，在試驗(yàn)中將B型地鐵車輛的各項(xiàng)數(shù)據(jù)都建入到Pyrosim 軟件模型當(dāng)中，模擬B型地鐵車輛在遭遇火災(zāi)過(guò)程中實(shí)際的熱釋放速率、溫度、煙、火及毒氣的變化情況。并且在本次試驗(yàn)中，試驗(yàn)的列車側(cè)板主要材料包括鋁合金材料和玻璃鋼材料兩種，通過(guò)對(duì)比兩種材料的各項(xiàng)抗火數(shù)據(jù)，選擇使用耐火性更加良好的側(cè)壁材料。

Pyrosim軟件可以被稱作為火災(zāi)動(dòng)態(tài)仿真模擬軟件，在Pyrosim軟件當(dāng)中不僅應(yīng)用了可視化的三維圖形處理模塊，還包括火災(zāi)詳細(xì)資料輸入模塊，輸入模塊中包括火災(zāi)數(shù)據(jù)建模、火源數(shù)據(jù)設(shè)置、材料燃燒條件和燃燒性能參數(shù)設(shè)置等多模塊，通過(guò)各模塊的參數(shù)設(shè)計(jì)合理的實(shí)現(xiàn)模型建立和數(shù)字對(duì)比。

在Pyrosim軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算的過(guò)程中，應(yīng)用到的基本原理就是計(jì)算流體力學(xué)。在Pyrosim軟件進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中主要包括以下兩部分內(nèi)容;（1）在Pyrosim軟件計(jì)算中采用Navier-Stokes 方程計(jì)算熱驅(qū)動(dòng)流動(dòng)值，從而能夠有效的了解到模擬火災(zāi)場(chǎng)景中煙氣流動(dòng)和熱傳遞過(guò)程。（2）利用Pyrosim軟件可以利用有限體積方法計(jì)算網(wǎng)格中的熱輻射資源，包括列車模擬場(chǎng)景內(nèi)部底板、車體各個(gè)部位的溫度、熱釋放速率以及煙氣濃度等數(shù)值，從而有效的展現(xiàn)地鐵列車模擬產(chǎn)生的火災(zāi)情況，和材料耐火情況。

2.模型的建立與仿真

在進(jìn)行Pyrosim軟件數(shù)值試驗(yàn)過(guò)程中，第一步就是進(jìn)行模型仿真建立，建立模型主要是在Pyrosim軟件中輸入相應(yīng)的實(shí)際數(shù)據(jù)，便于模型建立和數(shù)值計(jì)算。主要包括三個(gè)方面;（1）將B 型地鐵車輛的實(shí)際值輸入到模型系統(tǒng)當(dāng)中，其中包括B 型地鐵車輛的高度、寬度、長(zhǎng)度、空間體積，側(cè)壁材料厚度設(shè)計(jì)、門(mén)窗通風(fēng)性設(shè)計(jì)、內(nèi)部其他材料尺寸以及各項(xiàng)性能參數(shù)輸入。（2）將側(cè)壁材料數(shù)據(jù)輸入到軟件當(dāng)中。本次試驗(yàn)主要檢測(cè)的就是B 型地鐵車輛側(cè)壁結(jié)構(gòu)材料的耐火性，所以檢測(cè)中應(yīng)該分別輸入設(shè)計(jì)好的仿真材料性能。本次試驗(yàn)主要選擇玻璃鋼側(cè)壁材料和鋁合金側(cè)壁材料兩種材料各項(xiàng)參數(shù)條件（如表1）所示。（3）為了方便直觀的觀察兩個(gè)材料的耐火性，應(yīng)該遵循對(duì)比條件一致的試驗(yàn)原理，所以兩種材料在模擬火災(zāi)的過(guò)程中，應(yīng)該選擇使用同種燃燒模型，燃燒仿真性一致，才能保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)。

在進(jìn)行Pyrosim軟件模型試驗(yàn)的過(guò)程中，為了方便在試驗(yàn)中測(cè)量各項(xiàng)數(shù)據(jù)比例，應(yīng)該在模擬車廂內(nèi)部設(shè)置相應(yīng)的傳感器和slice 面等實(shí)施檢測(cè)裝備，從而能夠有效的抱枕數(shù)據(jù)記錄的效率。而在本次試驗(yàn)中，為了仿真火災(zāi)和充分燃燒情景，將國(guó)原單位熱釋放速率和火源面積進(jìn)行了數(shù)據(jù)計(jì)算，其中單位熱釋放速率為2500 kW/m 2，而火源面積則確定為0.09 m 2。

3.仿真結(jié)果對(duì)比

3.1熱釋放速率結(jié)果對(duì)比

在材料耐火性對(duì)的過(guò)程中，熱釋放速率值對(duì)比在一定程度上影響著材料的耐火性，所以在仿真實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該對(duì)材料的熱釋放速率進(jìn)行計(jì)算分析對(duì)比。材料的熱釋放速率具體就是指材料在燃燒的過(guò)程中單位時(shí)間所產(chǎn)生的熱量值。而在本次仿真實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)的總體時(shí)間達(dá)到了1000s中，其中在具體的計(jì)算過(guò)程中，我們根據(jù)兩種材料的燃燒分為前期、中期和后期三個(gè)階段。前期階段具體就是指材料燃燒時(shí)間400s之內(nèi)。中期階段具體是指材料燃燒的400s-600s范圍之內(nèi)，而材料燃燒的后期階段則是在600s-1000s的范圍之內(nèi)，而通過(guò)模擬仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)，鋁合金材料和玻璃鋼兩種材料在同一火源、燃燒面積相同以及通風(fēng)條件都一致的情況下，除了中期階段玻璃鋼材料的熱釋放率要高于鋁合金材料的熱釋放率，前期和后期階段的兩種材料的熱釋放率幾乎一致。另外，通過(guò)數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，玻璃鋼材料的熱釋放率值最大為9.6MW.而燃燒時(shí)間在460-470s之間。而鋁合金材料的熱釋放率值最大為8.1MW，鋁合金材料的最大熱效率值燃燒時(shí)間在500-505s之間。鋁合金模型的燃燒速度相比于玻璃鋼模型的燃燒速度相對(duì)要慢，而燃燒速度慢就有利于地鐵列車人員進(jìn)行安全逃生。

3.2溫度場(chǎng)的比較

在B 型地鐵車輛進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中，溫度場(chǎng)因素也直接影響到火災(zāi)的危險(xiǎn)程度。據(jù)火災(zāi)危險(xiǎn)相關(guān)知識(shí)數(shù)據(jù)顯示，在火災(zāi)發(fā)生的過(guò)程中，人體能夠承受的直接煙氣和熱度不應(yīng)該超過(guò)60攝氏度，如果超過(guò)60攝氏度人體受到的危害就相對(duì)比較大。利用Pyrosim軟件對(duì)火災(zāi)發(fā)生中的溫度場(chǎng)進(jìn)行了分析比較，其中包括對(duì)兩種材料的同一位置處的溫度場(chǎng)進(jìn)行比較結(jié)果發(fā)現(xiàn)。鋁合金模型的熱場(chǎng)溫度達(dá)到60攝氏度是總計(jì)燃燒時(shí)間在175s-180s時(shí)間段內(nèi)。而玻璃鋼模型熱場(chǎng)溫度達(dá)到60攝氏度范圍時(shí)的燃燒時(shí)間范圍在160s-165s范圍之內(nèi)。所以，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，鋁合金側(cè)壁材料相比于玻璃鋼材料的安全性系數(shù)更高。

3.3 CO濃度比較

利用Pyrosim軟件建模試驗(yàn)中，還要對(duì)煙氣危害進(jìn)行對(duì)比，在火災(zāi)發(fā)生過(guò)程中，煙氣危害也比較嚴(yán)重，而在火災(zāi)發(fā)生中CO是主要的危害物質(zhì)，所以為了有效的分析鋁合金材料和玻璃鋼材料的耐火性和安全性，也要對(duì)兩種材料燃燒產(chǎn)生的CO濃度進(jìn)行對(duì)比。而通過(guò)Pyrosim軟件模擬數(shù)據(jù)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，在1000s的燃燒時(shí)間之內(nèi)，分為三段燃燒時(shí)間，其中那個(gè)在中間400s-600s時(shí)間范圍之內(nèi)，玻璃鋼的煙氣濃度要比鋁合金的煙氣濃度要高。且與熱釋放速率變化相同，鋁合金材料的煙氣濃度最高值在600s左右，而玻璃鋼煙氣濃度的最高值在450s范圍之內(nèi)，且鋁合金煙氣最高濃度值為2.5x10-4Kg/m3，而玻璃鋼的煙氣濃度最高值為2.9X10-4Kg/m3。所以，相比較之下，鋁合金的側(cè)壁材料的耐熱性更好，安全性更高。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文筆者從熱釋放速率、溫度場(chǎng)以及一氧化碳濃度三個(gè)方面進(jìn)行了比較，鋁合金材料的各方面數(shù)據(jù)值都要低于玻璃鋼材料。所以，B型地鐵列車的側(cè)壁材料中，鋁合金材料的耐火性更好，安全性更高。

參考文獻(xiàn)

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