楼梯结构对烟气蔓延及安全疏散的影响研究

为研究高层建筑火灾中楼梯结构对烟气蔓延的影响，运用PyroSim软件建立不同结构楼梯间的数值模型，使用FDS软件进行火灾烟气蔓延数值模拟，观测记录不同工况下烟气宏观高度随时间的变化，通过SPSS软件对观测值进行拟合分析，再结合烟气蔓延过程中楼梯间的温度、能见度及CO体积分数的变化情况，对人员安全疏散条件进行分析。结果表明：不同楼梯结构对烟气蔓延的阻碍作用差异明显，并且烟气在不同结构楼梯间内蔓延的宏观高度与时间均呈二次函数关系，其中具有中部隔墙结构的楼梯间防烟效果最佳，无梯井结构的楼梯间次之，存在梯井结构的楼梯间防烟效果最差，但综合各因素考虑，无梯井结构的楼梯间更有利于人员安全疏散。     

烟囱效应作用下火灾烟气蔓延规律模拟

为研究高层建筑火灾烟囱效应产生后的烟气蔓延规律，基于FDS火灾模拟软件，以某高层建筑为例，对比分析了4种不同横截面尺寸竖井烟气蔓延特性，引入竖井无量纲长径比判断烟囱效应明显与否，研究了烟囱效应的产生特征及其烟气蔓延规律，分析了建筑中性面之上楼层的温度、CO体积分数和能见度变化。结果表明：无量纲长径比在8左右时竖井内烟气流速发生突变，竖井内大部分区域烟气流速达到6 m/s,产生明显的烟囱效应；中性面以上的楼层受烟气危害远大于中性面以下，且烟气在中性面以上的水平蔓延速度随层高增加而不断加快；随着火势发展，中性面之上疏散走道温度均超过了安全疏散的临界温度60℃,距离火源越远的楼层CO体积分数达到临界值的速度越快。研究为高层建筑火灾的防排烟设计和人员疏散条件的确定提供了理论依据。     

高校宿舍楼火灾及人员疏散数值研究

为研究高校宿舍火灾烟气蔓延过程与人员疏散效果的相关联系,利用数值模拟研究了不同火灾场景下烟气流动、能见度、温度随时间变化的规律,及其对人员安全疏散的影响。研究表明:(1)火灾发生后,由于烟囱效应,烟气迅速在楼梯间蓄积,形成蓄烟池效应,堵塞疏散通道,然后逐渐发展至上部的楼层空间,对人员安全疏散极为不利;(2)高校宿舍楼人员较为集中,火灾发生时疏散人员在楼梯间易出现拥堵,人员火灾安全疏散的形势较为严峻;(3)喷淋、宿舍人数控制、建筑结构优化等安全措施能有效提高人员疏散效果,降低火灾危险性;(4)研究成果能为建筑防火设计、消防整改和宿舍管理提供科学依据。     

基于Pathfinder和FDS的火场下人员疏散研究

为了探究高层建筑发生火灾时人员行为对疏散的影响,以上海静安区失火大楼为背景,运用试用版灾难逃生软件Pathfinder,对人员行为进行模拟.实验得到了人员在不同行为模式下逃生时所用的时间和楼梯间内拥挤情况,并探究家庭成员的行为对逃生的影响.利用Pathfinder进行SFPE模式和指导模式模拟以确定哪种模式中的行为属于安全的疏散行为.以《建筑防火规范》规定的允许疏散时间为标准计算出规定时间内的疏散的人数,从而确定处于危险状态下的人员数量和时间.建立了一个简化的高层建筑模型,采用FDS模拟软件对高层建筑火灾进行了火灾模拟,得出了烟气蔓延速度、温度、CO浓度以及能见度的变化规律,为高层建筑火灾烟气的有效控制、人员疏散、火灾扑救提供了一定的理论依据.     

基于Pyrosim的隧道火灾数值模拟与分析

基于隧道火灾国内外研究现状,根据隧道火灾理论确定边界条件,使用PyroSim进行建模,模拟分析发生不同规模的火灾时不同风速下的烟气流动情况,得出临界风速并与理论值进行对比,验证模拟的准确性。在临界风速下,综合考虑火灾致害因素烟气温度、能见度及CO浓度达到危险临界状态的时间,得出场景中人员可用安全疏散时间,对隧道人员逃生路线规划意义重大。     

工作面火灾CO运移规律及FED模型评价下的疏散参数研究

矿井工作面进风巷火灾对作业人员的逃生影响极大,有毒烟气尤其是CO是造成人员中毒死亡事故的主要原因。以山东某矿3302工作面为例,采用FDS软件研究不同风速下的CO运移规律,通过FED模型确定CO体积分数、人员接触时间综合影响下的安全疏散参数。结果表明:10 MW火灾规模下,工作面进风巷火灾稳定发展阶段,回风巷人眼特征高度处的CO体积分数相等,其表征运移速度与风速呈线性关系;可利用安全疏散时间随CO运移速度和人员逃生速度差值的增大而减小;在临界风速2.0 m/s时,极限可利用安全疏散时间最短。最后提出了合理设定避难硐室区域范围的计算方法,可为工作面火灾时期的人员安全逃生及避难硐室设定提供参考。     

特长公路隧道火灾烟气沉降特性对人员疏散影响的研究*

为研究特长公路隧道火灾烟气沉降对人员疏散安全的影响,通过数值模拟方法,对0,1.0,1.5 m/s和临界风速值4种不同纵向通风风速下隧道火灾烟气沉降特征进行研究,并分析不同风速下烟气沉降对人员疏散的影响。研究结果表明:在无纵向风时,烟气沉降现象较为明显,烟气下沉造成的不均匀烟气温度、能见度分布,提前终止人员疏散的进行;随着纵向风速的增加,沉降现象仍存在,但沉降点后移,对人员疏散的影响减小;在1.5 m/s的纵向通风条件下,火源下游500 m范围内烟气基本不发生沉降且能维持分层,此时几乎不影响火灾下游人员疏散。在实际应用中,火灾初期可先以1.5 m/s的分层风速值进行通风,待下游人员疏散后,再施加临界风速加快烟气排出。研究结果可为特长公路隧道火灾防治和疏散救援提供参考。     

半横向通风作用下隧道火灾烟气蔓延特性数值模拟研究

采用数值模拟方法对半横向排烟下的隧道火灾烟气蔓延特性展开研究,研究排烟口数量、排烟口风速以及排烟口间距对烟气蔓延范围以及顶棚下方温度分布的影响。研究发现：排烟口数量的增加可有效减小烟气蔓延范围并降低烟气温度,但排烟口数量增加到一定值后,烟气蔓延距离基本保持不变;排烟口风速的增大可减小烟气蔓延范围并降低烟气温度,但排烟口风速增大到一定值后,烟气蔓延距离基本保持不变;随着横向排烟口间距的增大,烟气蔓延范围随之增大,顶棚下方烟气温度呈上升趋势。     

楼房井道火灾的烟气运移-弥散中毒过程研究

为研究老式学生宿舍垃圾井底部起火产生的高温有毒气体的运移扩散过程,采用火灾动态仿真模拟软件FDS对其进行了仿真模拟,并提供应急预案参考.运用控制变量法并选择不同火灾工况对火灾危险形成规律进行分析,依据最不利原则和数值仿真模拟,探讨人体在有毒烟气热环境中的耐受时间及最佳安全疏散时间.结果表明:垃圾井起火时,走廊门与窗户均开启状态下人员逃生最困难;火灾发生后有毒气体CO蔓延使人丧失行为能力的时间为3.95 min,是主要危险因素;18 m垃圾井起火后产生烟囱效应,六楼(顶楼)受灾最严重,可用疏散时间仅为10 s;改造竖向垃圾井顶部为开口状态可降低疏散通道CO质量分数为原来的1/45～1/30,延长疏散时间到8 h,为人员安全疏散提供了保证.     

热浮力及室外风压耦合驱动下高层建筑疏散走廊烟气运动网络模拟分析

火灾发生后,火灾烟气主要通过疏散走廊向建筑的其他部位蔓延.有效控制疏散走廊中的烟气,可以阻止其进一步蔓延到楼梯间.了解火灾烟气在疏散走廊中的运动规律,是控制其蔓延扩散的前提.热浮力和室外风压是烟气在走廊中运动的主要驱动力,研究二者耦合作用对走廊中烟气运动的影响,对进一步弄清火灾烟气的流动规律具有较大的意义.采用网络模拟软件CONTAM 3.0模拟疏散走廊中火灾烟气在上述两种驱动力作用下的运动情况.结果表明,随室外风速增大,疏散走廊中火灾烟气的运动速度增大,远大于单纯热浮力作用时烟气的运动速度;当热浮力和室外风压耦合驱动时,室外风压对烟气运动的影响起主要作用.     

南京长江隧道火灾数值模拟

以南京长江隧道为研究背景,运用火灾动力学模拟软件PYROSIM建立实体物理模型,并将空间划分为0.1 ×0.1 ×0.1m3的网格,对南京长江隧道火灾过程中的纵向通风进行模拟计算.定量分析了不同通风速率条件下火灾及烟气蔓延的规律,并得到隧道拱顶附近温度和烟气分布状况.模拟结果显示较小风速下烟气会产生回流,但随着风速增大烟气扩散速率随之加快,通过对3种不同风速的分析比较,选择3.0m/s纵向通风作为临界风速.进一步结合南京长江隧道现有的消防设施及应急救援系统,分析该临界风速下烟气温度对隧道结构和毒害气体对人员疏散救援的影响.结果显示此临界风速下隧道结构安全,且在疏散及时、救援有效的基础上,基本能保证人员疏散安全.     

地铁站细水雾幕挡烟效果的数值模拟研究

地铁站台层发生火灾时,烟气会从站台层经过楼扶梯开口蔓延至站厅层,因此, 楼扶梯开口处的挡烟效果对人员安全疏散影响重大。通过搭建全尺寸地铁站数值模拟模 型,对细水雾幕和排烟系统作用下楼扶梯开口处的挡烟效果进行了模拟研究,结果表明 :当仅设置挡烟垂壁时,挡烟垂壁有一定的蓄烟作用,但仍有大量烟气通过楼扶梯开口 从站台层蔓延至站厅层;设置细水雾幕可在一定程度上阻止烟气通过楼扶梯开口从站台 层蔓延至站厅层,有效降低烟气温度,但由于细水雾向下的冲量破坏烟气层的稳定性, 使得细水雾幕附近的烟气层高度降低;同时设置细水雾幕和排烟系统可实现良好的挡烟 效果,在楼扶梯的中段附近已基本不受火灾烟气的影响。     

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。     

老年公寓火灾场景人群疏散模拟

为优化我国老年公寓消防安全设计,减少火灾发生时的人员伤亡,建立火灾和疏散建筑信息模型(BIM),在火灾场景下进行疏散模拟,分析老年公寓建筑布局对火灾蔓延的影响,以及温度、能见度、CO体积分数和烟气层高度对老年群体疏散行为的影响。结果表明:在火灾发展过程中,层高为3. 3 m的着火楼层,在0. 5～1. 5 m高度内温差较大;着火房间内,烟气层会稳定在约1. 4 m高度处;走廊形式对火灾温度传播影响较大;烟气、高温等因素对着火楼层及以上楼层老年群体疏散不利,这些楼层的老年群体无法全部安全疏散;提高楼层垂直方向上的疏散效率可减少伤亡人数。老年公寓建筑布局方面,增加安全出口数量、设置坡道式疏散楼梯等方式,可提高疏散效率。     

基于FDS模拟的动车车厢火灾烟气迁移特性研究

运用FDS软件大涡模拟,建立动车组列车两列车厢的火灾模型。研究多火源和单火源情况下,不同风机排风速度对烟气在列车车厢内蔓延以及烟气层高度的影响。结果表明:多火源情况下,当风机排风速率较小(2.5m/s)时,风机在排烟的同时也在一定程度上助长了烟气的蔓延,导致烟区面积扩大,不利于车厢内人员疏散;而当风机风速较大(5.0m/s)时,烟气的横向蔓延会受到明显的抑制。单火源情况下,风机排风速率越大,烟气层高度越高,车厢内温度越低,此时应保持车厢间的连接处畅通,便于人员从临近车厢疏散。     

螺旋隧道火灾特性小尺寸实验研究

为探明螺旋隧道火灾特性,防止人员高温伤害,基于Froude准则,搭建比例1∶67的小尺寸螺旋隧道实验模型,采用模型实验方法研究不同坡度和不同风速下螺旋隧道火灾温度分布规律及烟气蔓延特性。研究结果表明:低坡度条件下,螺旋隧道内高温区以火源为中点呈对称分布状态;随着坡度的增加,隧道内高温区逐渐向下游延伸,火源处拱顶下方温度呈现先增大后降低再升高的变化规律;无论是自然风还是机械纵向通风,新鲜冷空气的吹入对隧道温度的降低起到主导作用,且风速越大,温降幅度越大;随着隧道坡度和自然风速的增加,火羽流由竖直狭长型转变为燃烧不稳定的大截面火焰,同时坡度增加抑制了火灾烟气逆流,促进了烟气向火源下游的蔓延速度,大大提高了排烟的有效性,减少人员伤害。     

建筑物条形走廊烟气运动特性研究

建筑物走廊是火灾时人员疏散的必经之路,了解走廊烟气的运动规律,对人员疏散与救援具有重大意义。本文对走廊内的火灾烟气进行了数值模拟,得出了不同排烟场景下走廊烟气质量分数及烟气温度的分布情况。研究表明:挡烟垂壁在火灾初期能有效地阻止烟气蔓延;由于其蓄烟作用,应该将其设置在走廊中部。但随着火势的不断扩大,挡烟垂壁效果逐渐减弱,此时必须增设机械排烟机才能及时排出烟气。对比不同机械排烟场景可知,为达到更好的排烟效果,机械排烟口应该设置在挡烟垂壁上游。最后将模拟结果与实验结果对比,验证了本文结论的正确性。     

高层住宅楼梯间自然烟气控制数值模拟研究

楼梯间作为高层住宅火灾事故中的人员疏散通道,在建筑设计中占有非常重要的地位。使用FDS软件对几种火灾场景下的烟气流动情况进行了模拟实验,得出了不同楼梯间和楼梯间门情况下人员可用安全疏散时间的明显差异,反映出户门和楼梯间门的封闭性以及楼梯间类型对提升建筑安全疏散性能都十分重要,两者在一定程度上具有可替代性。     

水喷淋作用下建筑通道烟气蔓延特性模拟研究

采用数值模拟研究在单喷淋作用下建筑通道内烟气的蔓延特性,并对不同喷淋压力条件下烟气质量流量、温度及CO体积分数随时间的变化进行对比,对引起喷淋作用下烟气蔓延速度及烟气成分浓度变化的主要原因进行了分析。结果表明,增加喷淋压力对烟气的降温作用增强,降低了烟气在通道内的蔓延速度;同时,喷淋引起的烟气拥塞增加了流出喷淋覆盖区的烟气的CO体积分数,使得烟气毒性加大。     

耦合因素对高层建筑疏散走廊排烟效果的影响

为研究不同机械排烟量与室外风速耦合作用对核心筒高层建筑疏散走道内排烟效果的影响,利用1∶3缩尺核心筒高层建筑火灾烟气模拟试验台,对11种工况下高层建筑环形走廊的机械排烟效果进行小尺寸模型试验,选取距走廊地面0. 7 m处的热烟气层温度、热烟气层高度和烟气蔓延速度作为评判人员是否安全的3个指标,确定保证疏散走廊内人员较为安全的最佳机械排烟量和室外风速。结果表明:当室外风速分别为0、1和2. 5 m/s时,保证疏散走廊相对安全的机械排烟量分别为6 000、8 000和14 000 m~3/h。