中庭火灾烟气流动数值模拟

根据中庭火灾特点 提出了考虑辐射换热损失和壁面传热损失、不考虑燃烧过程、视火焰为体积热源,浮升力作用下火灾烟气湍流流动的场模型,并将辐射换热损失计人壁面传热损失,简化辐射换热模型计算,运用该场模型对中庭模型实验装置火灾烟气流动进行了数值模拟,采用通用软件PHOENICS进行数值计算,研究表明,数值模拟结果与中庭模型实验装置火灾试验结果吻合;以热源模拟火焰的方法对分析中庭火灾烟流发展规律可行。     

矿井火灾严重程度评价

频发的矿井火灾造成了重大的人员伤亡和财产损失。对矿井生产安全的风险评价是提高其本质安全程度、减少事故发生的重要手段。笔者通过对矿井火灾燃烧过程与烟流在井巷里流动过程的分析,建立了矿井火灾烟流最高温度、烟流氧气浓度以及污染区域井巷烟流温度的数学模型;给出了用矿井火灾烟流污染范围、烟流中氧气浓度、烟流温度组成的矿井火灾严重程度评价模型;建立了火灾严重程度评价模型的特征线解算方法;并对一个9个分支的矿井通风网络进行了评价计算。     

船舶客舱火灾全尺度燃烧室及其相似模型设计

为了研究船舶客舱火灾烟气的蔓延规律,依据船舶舱室设计现行相关标准和规范,结合游轮内舱房和海景房舱室结构和通风特点,设计了船舶客舱火灾全尺度燃烧室,并以其为原型,依据相似理论,采用Froude相似模型,建立了1/2尺度的船舶客舱火灾模型试验舱。利用FDS 6.1对原型和模型进行了数值模拟试验,并对试验结果进行了相似性分析。结果表明,无论是烟气速度、温度、烟气层高度还是烟气密度,这些火灾研究中重要的监测参数在模型与原型之间都表现出良好的相似性,表明在一定范围内,所设计的船舶客舱火灾模型试验舱在火灾烟气蔓延规律研究中可以对原型全尺度客舱燃烧室进行良好的模拟。     

矿井火灾逃生路径规划及其三维仿真研究

为研究矿井火灾中受风流变化和烟流蔓延影响的人员逃生路径规划问题,构建火灾时期人员逃生三维仿真模型。首先,建立巷道网络三维结构模型,作为展示平台;其次,基于通风网络解算模型与烟流蔓延参数模型,解算巷道网络中的风速风向、火灾温度和烟气质量分数;然后,确定矿井火灾巷道当量长度的影响系数,并依据火灾逃生路径规划算法得到人员逃生路径规划结果;最后,以国内某矿山为例,对火灾时期人员逃生进行三维仿真。仿真结果表明:依据矿井火灾情况的不同,可以掌握火灾时期的风速风向、火灾温度和烟气质量分数等参数,得到理想、可行和紧急等3种类型的逃生路径。     

巷道火灾燃烧模型及折算反应速率常数的探讨

根据燃烧学基本理论,提出了以火灾烟流中氧气浓度为变量的巷道火灾燃烧数学模型。在断面积5.4m~2的实验巷道内进行火灾实验,研究模型中唯一的参数——燃烧折算反应速率常数的变化。     

大型综合购物广场中庭火灾烟气的数值模拟

中庭火灾的烟气流动与控制数值模拟是性能化消防设计的关键。借助Fluent软件,以广州某广场中庭为实例,考虑火源位置和补风口位置两因素,设计了不同的中庭类建筑火灾场景,并建立了数值模型。结果表明:当补风口稍高于火源时,不仅对火源的影响较小,还有利于烟气的排出;烟气中的CO向远距离处迁移时浓度变化较小;发生火灾时,中庭底部烟气的毒性危害高于烟气的高温危害。     

巷道火灾燃烧模型及折算反应速率常数的探讨

根据燃烧基本理论，提出了以火灾烟流中氧气浓度为变量的巷道火灾燃烧数学模型。在断面积５．４ｍ＾２的实验巷道内进行火灾实验，研究模型中唯一的参数－－燃烧折算反应速率常数的变化。     

全尺寸巷/隧道火灾风烟流温度预测模型与验证*

为探究巷/隧道火灾热动力灾害的演化规律,基于能量守恒定律和热量转换关系,建立巷/隧道火灾风烟流温度演化的预测模型;考虑巷道分叉和汇合对烟气蔓延和温度的影响,构建分叉和汇合巷道内烟流温度随时间变化的演化模型。通过开展全尺寸巷道火灾实验以及与国内典型隧道火灾试验数据对比,对理论模型进行验证。研究结果表明:理论模型所呈现的烟气温度随时间的变化关系,能较好地反映火灾发展的3个阶段,烟气温度的变化趋势符合火灾火源燃烧特性曲线;理论模型能够准确地预测顶棚最大烟气温升以及温度纵向衰减现象,烟气最高温度预测值与实验结果的误差率在15%以内。研究结果可为巷／隧道火灾时期的烟气控制和救援提供理论参考。     

井巷火灾烟流逆流层形成条件的探讨

火灾烟流逆流层是在实验中发现的，本文根据流体力学的基本理论，给出了井巷火灾烟流逆流层的形成条件判别式，从理论上分析了火焰温度、风速对逆流层形成的影响。     

多层多室建筑火灾的缩小比例实验设计

利用中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室的五层模型楼研究多层多室建筑火灾,介绍了缩小比例(1:2)的实验设计方案、五层模型楼的改造方案并对温度测量、风流风压差测量、烟流成份测量、图像数据采集、实验过程中使用的燃料以及测点分布等进行了介绍,其中的实验结果将在后续的研究中进行报道.     

侧部点式排烟隧道火灾临界风速研究

为得到侧部点式排烟模式隧道火灾临界风速无量纲计算式,针对隧道侧部点式排烟模式,根据π定理和相似理论,采用量纲分析方法分析影响临界风速的相关因素,推导出影响临界风速3个因素的无量纲函数关系式;采用数值模拟方法,确定临界风速与火灾热释放速率、排烟量、排烟口距火源距离的量化关系。研究结果表明:当无量纲排烟口距火源距离小于2.22时,临界风速随排烟口距火源距离的增大呈1/25次方的增长关系,随排烟量的增大呈-3/50次方减小关系;当无量纲排烟口距火源距离大于2.22时,临界风速不再随排烟口距火源距离和排烟量的变化而改变;临界风速始终随火灾热释放速率的增大呈1/3次方增长关系。     

A mathematical model on adjacent smoke filling involved sprinkler cooling to a smoke layer

Conventional two-zone model determines the smoke filling time in buildings without considering the cooling effect of sprinkler spray on the smoke layer. However, many buildings have been required to install the sprinkler systems by fire codes. So, the conventional zone model was not able to accurately predict the development of smoke layer height in a sprinklers involved fire. In order to improve the prediction, the current zone model is revised with a new mathematical model developed by taking the sprinkler cooling effect into account. The heat transfer between smoke layer and sprinklers spray was mathematically calculated. By using the mathematical model, the smoke filling time in an adjacent space under the sprinkler cooling effect are calculated. A set of experiments were carried out to validate the model. The smoke layer height was experimentally measured. Results show that the model predictions agree well with the experimental results. The smoke filling becomes slower due to the reduced volumetric smoke flow under sprinkler cooling. The variation of sprinkler operating pressure has little influence on the smoke filling since the cooling gets less effective as the operating pressure increases.     

半横向排烟下公路隧道火灾烟气逆流长度规律研究*

为研究不同因素对半横向排烟模式下公路隧道火灾烟气逆流长度的影响规律,采用理论分析推导火灾烟气逆流长度与火源功率、排烟速度、排烟口面积和排烟口间距4个因素的无量纲关系式,运用数值模拟研究不同因素下火灾烟气的运动规律,最后拟合得到烟气逆流长度的无量纲关系式。结果表明:在半横向排烟模式下,烟气逆流长度随火源功率的增大而增大,呈正相关关系;随排烟速度的增大而减小,随排烟口面积增大而减小,随排烟口间距的增大而减小,呈负相关关系;对数值模拟的结果进行拟合,得到相应的烟气逆流长度无量纲关系式。研究结果有助于了解半横向排烟模式下烟气流动规律及控制原理。     

室内准稳态压力火灾烟气沉降模型的改进和实验验证

对室内火灾及烟气的研究给消防工程领域带来了诸多益处,如疏散时间预测、基于性能化的设计分析等。Zukoski (Fireand Materials,1978,2(2): 54-62)在室内火灾烟气运动的开创性研究给出了基于质量和能量平衡的理论方法,为后续研究奠定了基础。然而实验发现,由于忽略热损失偏差,模型对近壁面火源的火灾烟气沉降时间的预测缺乏准确度。本文通过空间重构的方法消除房间长宽比因素造成的热损失偏差,引入两个参数进行表征,以完善该模型。完善后的模型预测烟气沉降时间与实验吻合度非常好,验证了该方法的有效性。在计算分析基础上,将两个参数对模型的影响作了评估,发现其一对模型预测结果的影响远大于另一参数。火源大小确定后,烟气充满房间的时间范围可确定,火源功率越大,时间范围越小。     

全尺寸船舶机舱火灾烟气填充研究

为研究机舱火灾烟气蔓延的特点,进行了全尺寸机舱火灾烟气填充试验,在试验舱室内设置4个不同尺寸的填充物,研究不规则截面舱室的烟气沉降规律,同时改变油池尺寸和抬升火源研究火源功率和火源高度对烟气温度分布和烟气层沉降的影响。结果表明:随火源功率增大,顶棚和侧墙的温度升高,烟气的沉降速率增大,当火源功率较小时顶棚温度较低,以温度为阈值的消防喷头失效;将火源抬升4 m时烟气温度及烟气沉降速率均升高,但烟气层稳定在8 m高度,舱室底部形成一个相对安全的空间。另外,基于Zukoski羽流模型和质量守恒,推导出不规则截面烟气沉降理论预测模型,与前人的模型对比,该理论模型预测值更接近实际观测值。     

地铁多线换乘车站火灾模型实验研究—(2)十字换乘车站火灾

针对当前地铁十字换乘车站缺少火灾场景系统性分析和评估的问题，釆用1∶10的地铁多线换乘车站火灾实验模型，进行十字换乘车站的火灾场景设计和对应全尺寸火源热释放率0.91~2.60 MW的火灾实验，研究十字换乘车站内站厅及站台危险位置发生火灾时的优化排烟方案。结果表明:站厅一端火灾时，站厅排烟可确保中部换乘通道和站厅另一端楼梯及出口在起火6 min内不受烟气影响；站厅中部火灾时，采用站厅排烟能保障站厅两端楼梯及出口作为疏散通道的安全性。地下2层站台或地下3层站台一端楼梯口发生火灾时，采用站台排烟与站厅送风联动的模式可控制烟气在站台内的扩散范围，确保站台未起火楼梯和站厅层在起火6 min内能够作为安全疏散通道；仅采用站台排烟可以控制烟气在站台内水平方向的扩散，但在火源功率较大时烟气会通过换乘通道和楼梯进入站厅。通过模型实验验证十字换乘车站中采用站厅站台联合通风模式的有效性，并提出多种火源功率、通风模式下的烟气扩散范围和规律，为十字换乘车站的烟气控制模式优化提供了数据支撑。     

“Z型”中庭烟气流动及自然排烟特性实验研究

"Z型"中庭自然排烟设计已经在部分高层建筑中实际运用。然而,现有规范对此类设计方法无具体指导性消防安全要求,同时缺乏相关研究。通过在海南某高层建筑中开展全尺寸火灾实验,选取中庭和办公室不同火灾区域和规模,在不同外界风向和风速下,通过监测有毒气体浓度、烟气温度和能见度以及烟气层厚度等参数,研究超过12m的"Z型"高大中庭烟气流动特性及自然排烟效果,并分析其对中庭和人员安全性的影响。研究结果表明:该建筑采用"Z型"中庭能够有效排出烟气,自然排烟设计合理。所得结论可为消防部门审核该项目提供参考,也为类似高大中庭自然排烟设计提供科学依据。     

城市公路隧道火灾近火源区长度的研究

为对近火源区长度进行研究,以城市公路隧道为研究对象,采用理论分析与数值模型相结合的方法,探究了大火源功率、有效顶棚高度和火源横向位置对近火源区长度的影响,对36个工况的数值模拟和温度场变化规律的研究与分析。结果表明:火焰未撞击顶棚时,火源功率对近火源区长度几乎没有影响;当火焰持续撞击顶棚并形成水平扩展火焰时,近火源区长度受火源功率和有效顶棚高度影响较大,其无量纲形式与无量纲火源功率的2/3次方呈线性关系;随着火源与侧壁距离的减小,近火源区长度呈自然指数增加趋势;火源贴壁时,近火源区长度是火源位于隧道中部时的1.866倍;提出了近火源区长度预测模型,基本揭示了烟气由过渡阶段转入一维蔓延阶段起始位置的变化规律,能够为定量研究各阶段烟气流动特性提供参考依据。