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1、机车火灾及其防控仿真分析摘要：目前，我国的经济在快速发展，社会在不断进步，我国综合国力显著 加强，介绍了国内外火灾数值研究发展现状，并对机车火灾及其防控分析进行了 简要概述。通过 FDS 来模拟某型机车动力包火灾，说明机车火灾及其防控仿真分 析的重要性。关键词：机车火灾;数值模拟;火灾防控引言火灾是现代化高速铁路机车系统发生频率较高且危害较大的事故之一。随着 全球经济的高速发展，铁路是解决城际之间交通的最高效、最经济、最便捷的重 要交通工具，在全球领域都得到了快速的发展，而地铁是城市现代化发展解决交 通拥挤的重要手段，铁路系统的机车虽然有不同的类型和结构，但在系统防火危 害中所面临的问题是相同
2、的。机车系统封闭、而且人流量很大，一旦发生各种事 故，人员疏散和营救工作都非常困难，容易引发人员重大伤亡及造成重大的经济 损失，从而带来恶劣的社会影响。因此对于机车火灾风险进行科学的分析和评估 提出预防机车火灾的措施和应急预案，为减小和避免机车火灾造成的人员伤亡和 财产损失将具有重要的意义。1系统组成与机车结构配置铁路机车主要由前后司机室、电气间、冷却间及柴油机间等四大部分组成， 其中柴油机间由于柴油机运行温度高，油、电设备相对集中，火灾危险性较大。 机车监控报警灭火系统主要由火灾自动探测报警及联动控制系统、气体灭火系统 视频监视及显示控制装置等三大部份组成。考虑机车乘务员操作使用的便利性，
3、在司机室两侧各设置一个视频显示控制分机，用于视频图像显示及控制。1）火 灾自动探测报警控制系统主要由点型红外火焰探测器、线型感温火灾探测器、声 光报警器和现场急启急停按钮组成。该系统自动检测现场火源及各种火灾险情， 并实施声、光报警输出，电气自动或手动启动气体灭火装置实施灭火。2）气体 灭火控制装置主要由七氟丙烷灭火药剂、灭火剂瓶组、气体启动瓶组、集流管、 高压连接管、选择阀、单向阀、安全阀、压力讯号器、低压安全泄漏阀、喷嘴和 管道部件组成。接到系统的灭火启动指令后，自动或手动启动灭火装置对防护区 实施灭火。3)视频图像监视系统主要由红外一体化彩色摄像机、视频图像分割 器和视频监控显示器等部分
4、组成，可 24h 实时监视机车内各种状态。2机车火灾及其防控仿真分析2.1 从基础入手先解决人的问题坚持对检修作业人员进行业务技术素质培训并结合实际生产工艺进行岗位练 兵，有步骤地提高检修作业人员的理论和实际工作水平，逐渐消灭由于检修水平 发生的产品质量问题，杜绝这类问题引发的火灾。经常对机车乘务人员进行防火 教育，增强他们的防火意识及基本的扑救初起火灾的能力，除此之外严格执行非 执乘人员不准登乘机车及不准在机车“三间”内吸烟的规定，严格按照规格大小 选用相应电流大小的熔断器，在机车上进行焊修作业时应有专人进行防火防护工 作，作业完毕要及时清除余留焊渣，闭合蓄电池闸刀前应检查并断开已闭合的其
5、他开关，及时更换各类电磁接触器破损的灭弧罩，清扫机车时应注意擦车用的棉 丝，用多少拿多少，养成不随手乱扔的习惯并不用带油的旧棉丝拭带触头接触器 只有这样才能将人为造成的隐患降到最低点。2.2 火灾模型搭建及火灾分析方法火灾模型分为数学模型与物理模型。数学模型又分为经验模型、区域模型和 场模型(CFD)3种确定性模型。物理模型是必须遵守相似性定理用相应比例来复制 对象的实验模型。数学模型基于动量守恒、能量守恒与质量守恒三大守恒定律， 通过一系列方程进行计算求解分析火灾机理。火灾模型的搭建依赖于研究对象的 形状、开口区域、边界与材料数据。因此研究人员必须对火灾模型的物理基础做 好评估与记录。关于着
6、火过程，只能在非常有限的程度上基于基本特性对燃烧过 程进行建模，实际燃烧过程的建模仅在科学研究领域中起作用，且只能在有限范 围内预测。火灾模型建立过程主要包含几何模型构建、材料数据输入、网格划分 环境条件、火源条件。几何模型要在不影响结果的情况下进行简化。材料数据的 输入是影响输出结果的主要因素，所以在仿真工作中建立一个材料数据库就变得 尤为重要。仿真工作往往都是对极端环境下的火灾预测，环境条件的设定也应考 虑周全。火灾的发展过程分为 4 个阶段，即阴燃阶段、初起阶段、发展阶段和熄 灭阶段。火灾初期，燃料不足导致了阴燃 ;随着温升热解，可燃物气体逐渐增加， 在固体表面聚集燃烧形成火焰，即起火;
7、当火灾发展到中后期，大量可燃气体生 成充满燃烧室，一旦遇到足够氧气，火焰将向周围物质蔓延，迅速引燃空间内弥 漫的可燃气体，形成轰燃;最后随着可燃物和氧气的急速消耗，火灾逐渐消减， 直到熄灭。2.3 火灾报警系统机车由于结构特点的决定，空间小而且密闭，一旦发生火灾蔓延迅速、危害 大，那么越提前发现火灾警情就会降低损失，减少损害，所以火灾报警系统在机 车上配置就至关重要，火灾报警系统具有自己的网络结构和布线系统，系统可以 独立的操作、运行和管理，并将系统信息接入机车的 MIS 系统（管理信息系统） 可及时将火灾警情同步上报机车运用管理部门（中心）。火灾报警系统主要通过 在机车上布置点型烟雾探测器、
8、感温探测器和感温感烟复合探测器，以及线性感 温探测器进行全方位的监控机车夹层、车厢、电气、机车车头等空间的变化，及 时将发生的火灾警情传递到火灾报警控制器，在通过机车的 MIS 管理系统上报给 机车控制中心，提示火灾的发生，便于机车乘务员和机车控制中心的调度人员对 于火灾的及时掌控和处理。除了传统的采用点型或者线型探测器的火灾报警系统， 现在还要在机车上引用吸气式的火灾报警系统，通过布置在机车内部的管道将各 个关键点位的空气通过吸气的方式进行采样分析，判断是否有发生火灾的可能。2.4 安装与布线安装方法：气体灭火急启/急停按钮安装在气体灭火区域附近，应设置在明 显和便于操作的部位，安装在墙上并
9、距地面 1.5m 高度处。安装时，先通过报警 按钮底座上的安装孔，用螺钉将底座紧固在安装部位，接线后将封盖安装在底座 上。线路校验无误后，方可开通调试。2.5 仿真结果与评估通过计算得出的温度测点的温升曲线。根据ARGEGuidelinePART 1，要求起火后 60s 内，数值模拟计算中探测点的计算温度最大值的 80%应小于等于探测器的实际报警温度Tactual。该动力包设计使用Tactual=148.9C的感温探测 器，故当Tmax148.9F0.8C186.1C时，可认为温度探测器选型和位置满 足要求。根据计算结果，所有工况对应探测器预测温度在60s内均大于186.1C, 因此温度探测器
10、的选型与位置合格，可以实车安装。结语随着我国铁路的成功实施及快速发展的空间，铁路正朝着重载、环保和高密 度的方向发展，现代化的铁路系统在国家城际之间的交通领域，正发挥着越来越 重要的经济支撑和带动作用。机车的消防安全工作作为一项社会化的系统工作， 需要全社会各个方面的共同协作。社会相关单位和个人要在“预防为主、防消结 合的方针指导下，结合机车的特点、吸取历史经验教训，各司其职，共同构建 一个完善合理的机车消防安全社会化的管理体系。让铁路真正成为安全、快捷、 绿色、舒适的出行方式。参考文献1 李胜利，李孝斌.FDS火灾数值模拟M 北京:化工工业出版社，20192 贾彩清建筑物单室火灾区域模拟研究】D 重庆：重庆大学，2003.3 范维澄，王清安，张人杰，等.火灾科学导论M.武汉:湖北科学 技术出版社，19934 濮凡，李杰，李贤斌.数值模拟在我国火灾研究中的应用】J.安全, 2019，40(6):54645 孙勇，乔新瑞，张术国内外轨道车辆火灾事故统计与预防措施J 科技创新导报，2016，(7):40 42.
