随着我国经济的高速发展和城市化进程的日益推进,以地铁为主的城市轨道交通在现代交通运输系统中扮演着越来越重要的角色。然而,地铁系统一旦发生火灾事故,尤其是列车车厢狭长空间内发生火灾,极有可能造成严重的人员伤亡和恶劣的社会影响。前人对隧道类狭长受限空间中火灾动力学开展了大量研究,而有关地铁系统中狭长列车车厢火灾的研究相对较少。传统隧道类狭长受限结构基本是两端开口,与狭长列车车厢的侧向多开口特征有明显差异,以往成熟的狭长空间火灾动力学理论模型是否适用尚不清楚。因此,本论文基于前人研究基础,采用缩尺寸实验及理论分析相结合的方法,对多场景下的列车车厢火灾开展系统性的定量分析研究。主要工作包括:1.研究了车厢特殊受限结构下火灾的羽流特征,阐明了狭长车厢内部横向/纵向一维温度分布规律。通过在缩尺寸地铁列车车厢火灾实验平台开展系列实验,发现列车车厢内单位面积燃料质量损失速率和最高烟气温度远大于传统隧道场景理论模型的预测值,并基于实验结果建立了特殊受限结构下顶棚下方最高烟气温升预测模型;进一步研究表明车厢顶棚下方的横向和纵向温度分布均符合指数衰减的规律,但是横向温度受侧向门状态的影响比纵向温度更为敏感;基于前人指数函数模型,建立了用于预测车厢顶棚下方纵向和横向温度分布的修正经验模型,模型中指数函数的指数与无量纲热释放速率的n次方成正比。2.揭示了狭长列车车厢火灾的火焰延伸特性,完成了侧向开口条件下车厢顶棚下方二维温度分布的全局分析。实验研究了不同工况下车厢火灾产生的火焰长度,提出火焰总长度与无量纲火源功率之间的关系式,并与前人的实验数据进行了对比分析;基于车厢火灾火焰基本撞击顶棚的强羽流条件及单位火源体积内热释放速率为定值的理论基础,分析火焰体积形状引入顶棚下方无量纲火源功率Qce*,发现无量纲顶棚下方火焰延伸长度与Qce*的1/4次方成比例并建立了相应的预测关系式。此外,研究发现车厢侧向门状态对车厢顶棚下方二维温度场分布规律的影响随着火源规模的增大而逐渐显著,主要表现在侧向门的开启使得顶棚高温区域向有侧向门一侧的偏移趋势;进一步对车厢顶棚下方二维温度场进行分析,发现距火源不同横向距离的纵向温度分布同样遵循指数衰减规律,且衰减系数与无量纲横向距离呈指数函数关系,并建立了包含横、纵坐标的车厢顶棚下二维温升预测模型。3.研究了侧向开口条件下单节列车车厢火灾温度特征变化规律,揭示了侧向开口条件对车厢内部温度分布的影响机制。利用两端封闭且具有侧向多开口的狭长受限舱室平台模拟单节地铁列车车厢结构,系列实验研究结果表明车厢内部温度在空间上分布是不均匀的,三维方向上均呈现衰减趋势,侧向开口条件主要影响火源附近区域的温度,而基于两端开启狭长受限空间的经典模型过低地预测了车厢内的最高烟气温度。在纵轴方向上,关闭火源两侧的开口并对称的开启远离火源的开口会显著提高车厢内温度,而非对称的开启火源一侧的开口可以有效降低车厢内温度。针对侧向开口全开的实验场景,实验发现顶棚下方温度衰减规律与火源规模相关,且衰减速率和临界衰减距离分别与火源功率呈线性和幂函数关系,并建立了考虑火源规模的车厢顶棚下方的温度衰减预测模型。4.研制了地铁隧道/列车车厢双狭长空间缩尺寸火灾实验平台,初步探索了车厢火灾引起的双狭长受限空间内烟气流动及火焰延伸特性。研究发现当车厢火源紧靠侧向门时,火源功率较小时就会出现火焰溢出现象,进一步提高火源功率,火焰会在侧向门的整个高度方向上间歇性溢出;当火源位于车厢中间时,需要较大的火源功率才会出现火焰溢流现象,此时从车门上部溢出的火焰主要是强火羽流顶棚撞击后的水平延伸火焰。传统的单隧道中强火羽流烟气温升理论模型无法很好地预测该特殊场景下车厢顶棚下方的最高烟气温度,得到了判别连续火焰和间歇火焰撞击区域的最高烟气温度临界数值,建立了隧道及车厢顶棚下方无量纲最高烟气温升预测关系式;双狭长受限空间内车厢顶棚下方的纵向温度衰减速率大于单狭长受限空间结果,但是其衰减速率受火源功率的影响程度明显偏弱。