大型仓库防火分区问题性能化设计研究

本文运用性能化设计方法对某大型仓库防火分区问题进行分析说明,其结果勿需对空间进行实体分隔,从而实现动态分区。为了实现了动态分区,通过采用合理的消防对策和减少火灾时热释放速率的方法,防止火灾扩散和蔓延。本文运用ISO9705实验装置研究了该仓库内主要可燃物(轮胎)在不同堆放方式下的热释放速率,通过确定可燃物堆放方式来减少该仓库的热释放速率,由于研究结果表明了可燃物水平堆放比垂直堆放的热释放速率小得多,从而可燃物应水平堆放;同时本文也对采用标准喷头和快速响应早期抑制喷头的自动喷水灭火系统分别进行了科学计算,比较二者的结果所得：标准喷头不能实现对着火源的控制,而快速响应早期抑制喷头可以对着火源的控制,该仓库的自动喷水灭火系统采用快速响应早期抑制喷头可以将火势控制在一定的范围内,火源上方(z=6．8m)温度分布也表明该仓库不需要进行钢结构保护。     

高架仓库内喷头热响应性能研究

基于喷头热响应性理论的研究成果,主要研究了在给定响应时间指数和喷头动作温度的务件下,高架仓库所用快速响应早期抑制喷头(ESFR)的热响应性能,并结合案例,对高架仓库内喷头热响应性能的主要影响因素进行了定量分析,得出喷头热响应性能与环境温度和火源功率之间的关系。研究结果可为高架仓库自动喷水灭火系统的设计和评估提供一定的参考。     

环境温度对喷头响应时间特性影响的研究

洒水喷头的热响应特性直接影响整个自动喷水灭火系统的效率,而喷头的响应时间不仅与喷头安装高度、响应时间指数、喷头距火源径向距离等参数有关,还受环境温度的影响.本文以环境温度对普通高度建筑中喷头响应时间的影响为研究对象,使用软件DETACT 12计算得到不同场景下喷头的启动时间,并使用统计分析软件SPSS 13.0进行分析,得出环境温度与喷头启动时间之间的关系式,并研究了综合考虑喷头响应时间指数、安装高度和环境温度影响的情况下,喷头启动时间的变化规律,研究结果表明,喷头启动时间随环境温度的升高而减小,环境温度越低,喷头的启动时间越长.在其他条件相同的情况下,喷头响应时间指数越大、安装高度越高,其启动时间受环境的影响越明显.     

基于全尺寸火灾试验的家用喷头灭火性能研究

为研究家用喷头的灭火性能和喷头动作后对室内环境的影响,分析了住宅设置自动喷水灭火系统的必要性,并以沙发作为点火源,在相同的喷水强度下开展了不同类型家用喷头和标准喷头的灭火性能对比试验。试验结果表明,采用家用喷头和标准喷头均能有效控火,但下垂型喷头的动作时间要早于边墙型喷头。在室内环境条件变化方面,采用家用喷头时较标准喷头在CO浓度方面减少较为明显,约减少59%;在O2浓度变化方面较采用标准喷头提高了0.6%,采用家用喷头较标准喷头能为人员疏散提供更好的环境。     

玻璃隔墙冷却专用喷头的设计及其应用效果研究

用水喷淋冷却是提高玻璃隔墙耐火极限的有效途径。首先确定了玻璃隔墙冷却专用喷头的设计目标,基于溅水盘的布水原理,通过溅水盘底部和背部的形状设计,确定了新型喷头的整体结构。然后搭建冷态试验平台进行布水规律试验。以钢化玻璃为冷却对象,在水压为0.05 MPa(表压)下,观察喷头距玻璃隔墙水平距离分别为0.1 m、0.3 m和0.5 m时,喷头在玻璃隔墙表面的布水现象,记录喷水密集和稀疏的区域,从喷洒半径、不同布水区域覆盖面积、水的利用率及水膜厚度等方面分析了布水规律,并与常用工程喷头的布水效果进行了比较。最后进行点火试验,在玻璃表面布置贴片热电偶,以汽油作为燃料,预燃60 s后,启动喷淋系统,分别测定了喷淋启动前后玻璃表面的温度,并选取玻璃迎火面布水密集区的一点计算冷却速率。结果表明:新型喷头的布水效果较好,与直立边墙型喷头相比,水量密集区域的覆盖面积增大了13.9%~19.5%,基本实现了玻璃隔墙表面的全覆盖;喷头冷却速率为1.1,冷却效果较好。     

水喷淋液滴的动力学参数研究

本文详细介绍了喷淋液滴的一些动力学参数:(1)液滴动量喷淋的最大动量和体积流量与流量系数有关.水流碰到溅水盘和盘臂后,动量减少,其动量减少量约63%.(2)液滴粒径分布当液滴直径小于平均体积直径DV50时,分布符合log-normal分布,当液滴直径大于DV50时,分布符合Rosin-Rammler分布.(3)水流量分布对不同的喷头,其水量分布是不同的.有的喷头水流量沿径向逐渐降低,有的喷头中心地带流量最高.(4)液滴路径分析液滴越大,自由沉降速度越大,水平通过的距离越大.最后对喷头的进一步发展进行展望.     

风-热耦合对建筑外立面火源融合燃烧的影响

针对建筑外立面火源融合燃烧现象,展开了影响受体引燃过程的因素分析和环境风作用下多火源融合时热参数的演化研究,分析了燃烧过程中系统产热能力、温升和引燃时间变化,探明了风-热耦合作用下建筑外立面多火源融合燃烧行为机制。结果表明,风速增大会限制火源融合后外立面火焰燃烧行为,表现在受体引燃时间变长、温度和单位温升值变小,但风速介于1～1.5 m/s时会增强EPS燃烧产热能力,风速为2 m/s左右时有利于受体内部引燃过程;相同风速环境时,对系统EPS燃烧产热能力和受体引燃时间影响为竖向三火源>竖向四火源>竖向双火源,而对单位温升影响最大的则是竖向双/三火源融合,其温度最大影响区间为融合层向上1—2层高度。     

隧道挡风板对竖井自然排烟效率的影响研究

通过数值模拟研究了隧道内挡风板的设置对竖井自然排烟系统效率的影响，探讨了不同火源热释放速率与不同挡风板安装参数(挡风板高度、挡风板与竖井距离)下隧道火灾的烟气温度分布规律、流动规律及竖井自然排烟系统排烟效率。采用N系数法确定了烟气层与冷空气的界面，用于判断是否发生烟气层吸穿现象。结果表明，与无挡风板的工况相比，设置挡风板后，竖井排烟效率提升显著。设置挡风板对向下游方向运动的火灾高温烟气产生了一定的阻滞作用，使高温烟气在竖井下方蓄积，在一定程度上避免了竖井自然排烟系统出现烟气层吸穿现象。设置挡风板后，竖井的排烟效率随挡风板高度增加而增加，而挡风板与竖井间距离的变化对竖井排烟效率的影响较为有限。对于相同的火源热释放速率，竖井排烟效率与挡风板高度在一定范围内几乎成线性变化。建立了排烟效率与无量纲挡风板高度及无量纲火源热释放速率之间的经验公式，可对不同挡风板高度与热释放速率下的竖井自然排烟效率进行预测。     

细水雾条件下小室火灾热烟气降温数值模拟

应用CFD软件FDS对小室火灾过程中细水雾与火灾烟气相互作用进行模拟,研究了火源距离喷头轴向分别为1.0 m、2.0 m和3.0 m,细水雾粒径分别为50 μm、100 μm和200 μm,通风风速分别为1.0 m·s-1、2.0 m·s-1、3.0 m·s-1和4.0 m·s-1条件下热烟气的降温效果.结果表明,火源位于喷头正下方时,烟气温度由1 000 ℃降至50 ℃需要15 s,降温速率大于火源偏离喷头正下方情况.细水雾粒径为50 μm与200 μm相比较,50 μm时烟气降温效果较好,由140 ℃降至50 ℃需要20 s,而粒径为200 μm时需要40 s.不同风速对烟气降温效果与火源位置有一定相关性,火源位于喷头正下方时,风速由1.0 m·s-1增加到4.0 m·s-1烟气温度峰值逐渐减小,降温速率逐渐增大;火源偏离喷头正下方时,烟气温度峰值变化相反,降温速率没有明显变化.     

高大空间建筑自动喷水灭火技术试验研究

为研究自动喷水灭火技术对高大空间建筑火灾控火性能的影响,按照高大空间公共建筑和厂房的实际火灾场景,开展自动喷水灭火技术全尺寸火灾试验和数值模拟计算。选定的喷头流量系数为K-161,安装高度为18 m,喷水强度分别为20和25 L/(min·m2)。试验结果显示,在该火灾场景中,第1只喷头在点火后3~4 min动作,喷头开放数为3~4只即能成功控制火势的增长和蔓延,顶板下的最高温度为120℃,距火灾试验模型2.4 m处的最高温度为20℃。数值模拟计算与实体火试验结论基本一致,说明高大空间建筑采用自动喷水灭火系统,能达到很好的控火甚至是灭火效果。     

水喷淋作用下建筑构件实际耐火性能的概率分布特性研究

采用确定性研究和随机性研究相结合的方法,利用防火安全策略的“等价性”概念对水喷淋作用下的建筑构件实际耐火性能的概率分布特性进行了研究。水喷淋系统会影响实际火灾热环境中的热释放速率,从喷水密度的概率分布出发,可以推导出建筑构件耐火当量时间的正态分布函数。     

热敏性能对洒水喷头控火效能影响的试验研究

为研究热敏性能对洒水喷头的动作性能、控火效能以及对建筑空间的保护性能的影响,在安装高度分别为3 m和8 m的情况下,采用快速响应喷头和特殊响应喷头进行4次足尺实体火试验。喷头公称动作温度均为68℃,响应时间指数(RTI)分别为35(m.s)1/2和65(m.s)1/2。试验结果表明,各种试验条件下,洒水喷头均能及时动作,且喷头动作后均能提供足够的消防保护,并有效将火势控制在限定区域内。采用快速响应喷头较特殊响应喷头约提前20%动作,且火场环境最高温度、顶板结构最高温度、热释放速率和货物烧损率均较特殊响应喷头低。安装高度越高,热敏性能对洒水喷头控火效能的影响越明显。     

细水雾灭垂直立面火实验研究

对细水雾灭垂直立面火进行了实验研究。结果表明,喷头和火源之间存在一个最佳的水平距离,在此距离上,细水雾能够扑灭的火源尺寸或火源的位置范围最大。喷头向燃料表面垂直喷射时,灭火时间最短。斜向喷射时,随着喷射角度的增大,灭火时间逐渐增大,直至灭火失败。喷头斜向上喷射时的灭火效果优于斜向下喷射时的灭火效果,能够在更大的喷射距离上扑灭相同规模的火源。     

低压细水雾控制高架仓库实体火灾的实验研究

高架仓库的建筑和储存特点导致其火灾危险性远大于普通仓库,因此高架仓库的消防系统设计研究日益受到重视。目前,高架仓库主要采用的是ESFR自动灭火系统,细水雾灭火系统的应用还较少。通过低压细水雾灭高架仓库实体火灾的实验,记录喷头工作压力、实验点火时间、开始喷水时间、灭火时间及燃烧物的损失量,分析温度、热辐射强度以及喷头流量数据。结果表明:在限定的仓库高度以及货架高度条件下,低压细水雾灭火系统能够有效保护高架仓库,且较其它水喷淋灭火系统用水量少,造成货物的水渍损失小。     

细水雾幕衰减热辐射的数值模拟研究

针对现有防火分隔技术的不足,以细水雾幕作为新的防火分隔技术,开展了不同细水雾幕雾特性对衰减热辐射影响的数值模拟研究。通过建立长通道模型,在火源和被保护物体中间设置细水雾幕系统,测量有无细水雾幕及不同细水雾特性条件下被保护侧温度及热辐射强度值,来定性定量研究细水雾幕衰减热辐射的效率。模拟结果表明:细水雾幕可以很好的降低被保护侧空间的温度和热辐射强度;衰减热辐射效率随雾滴粒径的减小,喷雾流量的增大,喷头排数增加而增大;另外,其衰减热辐射效率与喷头布置方式有关,上喷方式明显优于下喷方式。研究结果将对现有防火分隔技术的改善提供帮助和技术支持。     

强制通风对隧道起火影响的全尺寸试验研究

为探究隧道强制通风风速对隧道火灾发展的影响,采用全尺寸实体试验方法,搭建一个长50. 0 m,宽5. 5 m,高8. 2 m的试验隧道,以木垛作为火源,采用一端强制通风的方式进行通风,研究隧道内起火时隧道内部温度变化、火源热释放速率、烟气成分含量等与强制通风风速的关系。结果表明:强制通风的风速对于隧道内起火源的燃烧情况有较大影响;风速的增加会降低火源对隧道上方温度的影响,同时也会降低隧道中的环境温度;强制通风风速的增大会明显增加火源的热释放速率,但是不会影响热释放速率的变化趋势;强制通风风速明显影响烟气中二氧化碳和一氧化碳的体积分数。     

格栅类通透性吊顶对自动喷水灭火系统水量分布影响的实验研究

本文通过实验研究了自动喷水灭火系统在安装格栅类通透性吊顶后的水量分布特性。研究结果表明：格栅会严重改变自动洒水喷头的水量分布，其影响与喷头的安装高度和工作压力有关。当压力增加时，无格栅区域的水量增加明显大于有格栅的区域的水量增加。增大水压时，格栅对水量的分布的影响会减弱，当压力足够大时，能够接近无格栅时的灭火效率，可以保证自动喷水灭火系统在安装格栅吊顶后的灭火有效性。本文研究成果对实际工程应用具有指导意义。     

水喷淋对火灾烟气蔓延的数值模拟分析

通过建立单房间典型学生宿舍模型,采用FDS软件就水喷淋对火灾烟气流动扩散的影响进行了数值模拟研究,研究了无喷水装置、安装下垂型喷头、安装边墙型喷头、同时安装下垂型和边墙型喷头四种情况下火灾烟气的流动规律。重点分析了自动喷水灭火系统对烟气的温度、CO2(二氧化碳)浓度、O2浓度、烟气浓度以及能见度的影响。研究表明:在某些场景中,同时安装下垂型和边墙型喷头能更有效地降低烟气温度,并能在一定程度上控制CO2浓度及O2浓度,为建筑物内合理的安装自动喷水灭火系统提供依据。     

建筑火灾顶棚射流的数值模拟及火焰扩展长度处理方法

探讨了建筑火灾数值模拟中常用的火焰区域获取方法及其优缺点。通过火灾动力学模拟软件(Fire Dynamics Simulator, FDS)对建筑火灾中的顶棚射流现象进行了模拟计算，其中考虑了不同火源热释放速率与不同火源距顶棚高度等条件的影响。分别采用连续图像法和温度阈值法获取了数值模拟中顶棚射流火焰扩展长度的数据，并与文献中基于试验建立的火焰扩展长度预测模进行了对比。结果表明：通过温度阈值法获取的火焰扩展长度数据受阈值取值的影响较大。通过连续图像法获取的火焰扩展长度数据可以较好地反映出火焰扩展在不同火源热释放速率及不同火源距顶棚高度等条件下的动态变化情况，与前人建立的火焰扩展长度预测模型之间的吻合较好，表明通过连续图像法获取的火焰扩展长度数据较为准确。建筑火灾数值模拟中的火焰扩展长度可通过基于单位体积热释放速率的连续火焰图像获取。研究结论可为建筑火灾数值模拟中火焰燃烧区域的确定提供参考。     

横向电缆火灾试验与区域模型数值模拟

基于自然通风条件下受限空间内的横向1、2、3和4层电缆燃烧试验,验证双区域模型模拟横向电缆火灾动力学过程的可靠性。首先,根据横向电缆火灾试验中测量的室内温度场的变化,证明横向电缆火灾过程基本符合双区域模型假设。然后,比较区域模型预测值与试验测量值,得到了区域模型预测的误差范围为0.004~0.169。研究表明,双区域模型能够可靠地模拟室内横向多层电缆火灾过程。此外,基于间隔0.15 m的4层电缆的燃烧,研究了区域模型火源设置(即设置1个火源和设置4个火源)对模拟结果的影响,结果表明,设置为1个火源得到的最大误差达31.1%,而设置为4个火源的模拟结果相对更加可靠,其误差不超过6%。因此,对横向多层电缆火灾过程的区域模型预测,建议将每层电缆设置为单个火源。