论文题目: 地铁车站通风与火灾三维数值模拟研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 车辆工程
作者: 王春
导师: 刘应清
关键词: 地铁车站,通风与火灾,数值计算,有限容积法,非结构化网格
文献来源: 西南交通大学
发表年度: 2005
论文摘要: 地铁车站是地铁建设中投资巨大的重要环节,也是乘客大量集散的地方,其内部的气流组织、温度分布对人体舒适和环控能耗的影响尤其重要。根据地铁车站内低雷诺数湍流流动的特点,以Navier-Stokes方程为基础,引入了重正化群双方程κ-ε湍流模型,通过重正化群变换,得到了湍动能方程和湍动能耗散方程以及湍流模型系数,建立了适用于求解地铁车站湍流流场的计算流体力学模型。针对地铁车站结构复杂的特点,使用Delaunay三角形化方法,对模型进行了非结构化网格划分。通过对时间和空间差分格式的选取、源项及边界条件的处理,在非结构化网格上对流场控制方程进行了离散。针对非结构化网格上迭代收敛速度会逐渐减慢的特点,引入了多重网格求解技术,采用了其中效率较高的代数多重网格方法对离散方程进行求解。在上述研究的基础之上,分别使用标准κ-ε两方程湍流模型和RNG κ-ε两方程湍流模型对自然对流、强制对流以及混合对流这三种典型的室内流动进行了数值计算,并与文献中的实验结果进行了对比,两种模型的计算结果都与实验结果吻合良好,在个别指标上,RNG κ-ε湍流模型的计算结果要优于标准κ-ε湍流模型。由于缺乏地铁火灾的实验数据,选取了一个比较经典的隧道火灾实验对RNGκ-ε湍流模型进行了验证,计算结果与实验数据吻合良好,表明本文的思路是正确的,研究方法是可行的。 利用上述计算方法,对拟建中的成都地铁一号线上的火车北站地铁站环控系统进行了数值模拟,对正常运营下的候车工况、列车进站、列车停站以及事故运营中的阻塞工况进行了系统、详细的数值计算研究,分析了站台上温度和气流速度的变化情况;对地铁车站环控系统常用的四种气流组织方案:站台中间回/排风方案、站台下排风方案、车行顶道排风方案以及混合回/排风方案进行了数值模拟,并就温度场、气流速度场和空气龄这三个指标对四种方案进行了对比和分析,针对四种方案下站台候车厅内温度均不同程度的超标现象,对能够大幅改善候车环境的屏蔽门方案进行了模拟和分析。 针对列车头部、中部和尾部三种不同位置发生火灾的情况,对全排风通风模式和推挽式通风模式进行了详细的数值计算和比较,计算中使用离散传播法对火灾时高温引起的辐射进行了模拟。在对火灾情况下站台上的环境进行评估的过程中,综合考虑了《地下铁道设计规范》和NFPA 130标准,对火
论文目录:
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 地铁环控系统的研究进展
1.3 地铁环境控制系统的研究方法
1.3.1 现车试验
1.3.2 数值模拟方法
1.4 地铁环控CFD模拟研究现状和存在的问题
1.4.1 研究现状
1.4.2 存在的问题
1.5 本文的研究内容和研究方法
1.5.1 研究内容
1.5.2 研究方法
第2章 流场控制方程及湍流模型
2.1 流场控制方程
2.1.1 基本方程
2.1.2 方程的简化
2.2 湍流流场的数值模拟方法
2.3 湍流基本方程
2.3.1 湍流的统计平均法
2.3.2 时均值与脉动值的性质
2.3.3 基于时均法的湍流基本方程
2.4 湍流模型
2.4.1 湍流粘性系数法
2.4.2 重正化群κ-ε湍流模型
2.4.3 重正化群方法在湍流计算中的应用
2.4.4 重正化群湍流模型的κ、ε方程
2.4.5 重正化群κ-ε湍流模型的特点
2.5 建筑火灾数值模拟方法
2.5.1 模拟火灾的基本方程
2.5.2 辐射换热计算中的离散传播法
第3章 非结构化网格与有限容积法
3.1 非结构化网格
3.1.1 阵面推进法
3.1.2 Delaunay三角形化法
3.1.3 Octree(八叉树)方法
3.1.4 混合网格
3.2 求解湍流场的有限容积法
3.2.1 流场通用控制方程
3.2.2 控制容积积分
3.3 控制方程的离散
3.3.1 非结构化网格上的控制微分方程
3.3.2 扩散项的处理
3.3.3 对流项的处理
3.3.4 压力—速度的耦合
3.4 源项及边界条件的处理
3.4.1 源项的处理
3.4.2 边界条件的处理
3.5 离散方程的求解
3.5.1 多重网格法
3.5.2 多重网格的基本概念
3.5.3 多重网格法的基本原理
3.5.4 代数多重网格法
3.6 小结
第4章 模型及计算方法的验证
4.1 CFX软件介绍
4.2 典型室内流动的数值模拟与验证
4.2.1 自然对流
4.2.2 强制对流
4.2.3 混合对流
4.3 隧道火灾的数值模拟与验证
4.3.1 自然通风模式
4.3.2 纵向通风模式
4.4 小结
第5章 地铁车站内热流场的数值模拟
5.1 地铁车站内的热源
5.1.1 列车散热
5.1.2 人员散热
5.1.3 其他散热
5.2 成都地铁规划概述
5.2.1 气象条件
5.2.2 环控要求
5.2.3 列车基本数据
5.3 火车北站地铁站环控设计
5.3.1 站台结构
5.3.2 列车运行计划和客流数据
5.3.3 环控系统设计
5.3.4 边界条件的简化与设定
5.4 地铁站空调通风方案数值计算
5.4.1 候车工况
5.4.2 列车进站
5.4.3 列车阻塞工况
5.5 通风方案的比较
5.5.1 气流组织方案
5.5.2 温度场的比较
5.5.3 气流场的比较
5.5.4 空气龄的比较
5.5.5 屏蔽门方案
5.6 站台底部排风和车行顶道排风的讨论
5.7 小结
第6章 地铁车站内火灾数值模拟
6.1 地铁列车火灾强度的确定
6.1.1 地铁火灾的发展过程
6.1.2 火灾的热量释放率及烟气释放率
6.2 地铁车站发生火灾时的环控措施
6.2.1 控制火灾的基本环控要求
6.2.2 全排风和推挽式通风模式
6.2.3 火灾情况下地铁车站内部环境的评判准则
6.3 列车头部火灾数值模拟
6.3.1 温度场分布特性
6.3.2 气流速度分布特性
6.3.3 烟气浓度分布特性
6.4 列车尾部火灾数值模拟
6.4.1 温度场分布特性
6.4.2 气流速度分布特性
6.4.3 烟气浓度分布特性
6.5 列车中部火灾数值模拟
6.5.1 温度场分布特性
6.5.2 气流速度分布特性
6.5.3 烟气浓度分布特性
6.6 小结
结论
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表论文及科研成果
发布时间: 2006-03-06
参考文献
- [1].山地城市地铁车站隧道围岩压力及结构支护机理研究[D]. 黄木坤（Huang Munkun）.重庆大学2017
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