高层建筑利用竖井排烟的全尺寸实验研究

通过开展全尺寸实验,对不同竖井高度、火源功率下,室内、补风口、竖井的温度变化,以及补风口、竖井内速度变化进行分析研究。结果表明:竖井内温升随距离竖井底部距离增加呈指数规律衰减,竖井内排烟速度随距离竖井底部距离增加逐渐减小。火源功率一定时,竖井高度增加,烟囱效应增强,控烟效果变好,当竖井高度由2.8 m增加至5.6 m时烟囱效应增加最显著;火源功率增大,烟囱效应也增强,但室内热压力的增大不利于补风口控烟,需适当提高排烟竖井高度或减小补风口面积。     

高层建筑房间利用竖井进行烟气控制的试验研究

利用高层建筑本身高度设置与房间相连的竖井,热烟气在浮力驱动下进入竖井产生烟囱效应,使房间内产生负压,通过自然补风可以有效抑制烟气溢出补风口,将烟气控制在着火房间内部。通过全尺寸试验,验证了高层建筑利用竖井进行烟气控制的可行性。基于烟囱效应理论得到竖井控烟的临界条件,结合排烟速度、补风速度、补风温度、室内温度以及CO体积分数等试验数据,分析了火源功率、补风口、排烟口面积对负压烟气控制效果的影响。结果表明,在一定火源功率条件下,排烟口与补风口的设置对室内温度变化影响较小,存在合理的竖井排烟口与补风口设置范围,可以达到烟气控制的效果。     

竖井横截面积对隧道自然排烟效果影响的实验研究

在1∶6尺寸城市隧道实验台上开展了一系列试验,研究了不同火源功率、竖井横截面尺寸条件下隧道自然排烟竖井的排烟效果。结果表明,竖井的横截面尺寸直接影响竖井内烟气运动的驱动力大小,从而影响排烟效果。在一定的火源功率下,竖井横截面积过小时难以有效排出烟气,面积过大将会产生过于强烈的烟囱效应,导致排烟口下方空气被直接排出,排烟效果显著下降;竖井横截面积一定时,在不同的火源功率下,竖井放置方式同样影响竖井的排烟效果。     

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。     

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。     

高层建筑管道井内烟气运动大涡模拟

采用火灾过程的场模拟理论,以大涡模拟为基础,分析了火灾烟气流动过程的动力学特征;为了验证大涡模拟数值方法的准确性,针对Mercier和Jaluria竖井内的实验工况进行了模拟研究,其模拟结果与试验结果吻合较好,表明大涡模拟可以较好地预测竖井内烟气流动情况;通过设定不同的火灾场景,对不同火源功率和不同几何尺寸条件下管道井内烟气的流动过程进行了数值模拟,其结果给出了不同的几何尺寸和火源功率对管道井内所形成“烟囱效应”的影响情况。笔者的模拟和研究表明:大涡模拟可较准确地预测高层建筑管道井内烟气的流动状态,对高层建筑的防火设计具有指导性作用。     

基于CFD模拟的不同尺度竖井模型内烟气温度分布相似性的研究

通过小尺寸实验来研究实际建筑结构的火蔓延和烟气控制是一种已经被验证的十分有效的方法。经典方法中尺寸缩放只需要保证Froude数不变即可。采用CFD模拟的方法研究由火灾引起的烟气羽流在高层建筑竖井内的温度分布情况,建立三种不同尺寸高层建筑竖井的相似模型,并对比模拟结果,得出了尺寸缩放的规律:在保证Froude数不变的前提下,还需保证竖井结构内的流动为湍流;同时得到了着火房间通风口无量纲面积大小和火源位置变化对不同尺寸模型内流动相似性效果的影响规律。     

楼梯井内烟囱效应对着火房间燃烧和溢出烟气的影响研究

实验研究了楼梯井内的烟囱效应对着火房间燃烧速率、补风速度、羽流温度等的影响.实验在一个模拟尺寸的十二层的楼梯井实验台内进行,实验时开启楼梯井顶层直通室外门.火灾时楼梯井内的烟囱效应加速了空气在楼梯井内的对流,使火源区从外界单侧卷吸空气,形成着火房间单侧强补风下的燃烧,燃烧速率比开放空间下的燃烧快,同时使得火焰向前室一侧倾斜,出现火焰"分岔"现象.与火源位于一层的工况相比,当火源位于六层,且首层门开启时,楼梯井内下部空气向上部烟气的掺混较大,着火房间门口进风速度减小,羽流的倾斜角度变小,温度较高,而当首层门关闭时,则减小了楼梯井下部空气与上部烟气的掺混,使得楼梯井内的上部烟气温度较高.     

车辆阻塞效应下隧道火灾烟气温度及烟气逆流长度变化规律研究

通过数值模拟方法对车辆阻塞效应下的隧道火灾烟气温度及烟气逆流长度的变化规律进行了研究。主要分两种车辆阻塞效应讨论:1辆设定大小车辆障碍物阻塞;2辆设定大小车辆障碍物阻塞,且在同一车道。通过改变火源高度、纵向通风速度探究了车辆阻塞效应下隧道火灾烟气温度及烟气逆流长度的变化规律。结果表明:两种车辆阻塞效应下,随着火源高度的升高,隧道内顶棚烟气温度的变化规律相同:随火源高度的升高而增大。2辆车辆阻塞下的隧道顶棚烟气温度略低;两种车辆阻塞效应下,随着火源高度的升高,隧道内烟气逆流长度的变化规律不同。1辆车辆阻塞下烟气逆流长度随火源高度的升高而增大,而2辆车辆阻塞效应下烟气逆流长度随火源高度的升高而减小。     

诱导排烟系统应用于地下车库的实验研究

运用实验研究的方法分析了诱导排烟系统在地下车库中应用的可行性,研究了布置方式、诱导风速等敏感参数对排烟效果的影响,主要分析了火源上游不同位置处温度的变化。结果表明,诱导排烟系统能有效地抑制烟气向上游的逆流并能加强烟气的热对流,降低上游烟气的温度;另外,开启少于均匀布置诱导风机数目下,菱形布置诱导风机下的排烟效果优于均匀排列布置;在实验风速范围内,诱导排烟系统对上游烟气的控制和降温能力随着诱导风速的增加而提高,同时,在火源功率一定的条件下,增大诱导风速对控烟效果的改善存在临界值。     

竖井排烟口对L型高层建筑烟气流动特性影响的模拟研究

为了研究竖井排烟口对L型高层建筑烟气流动特性的影响,建立L型高层建筑火灾的数值模拟模型,以温度、CO浓度和窗口气流速度为指标,探讨在不同排烟面积下高层建筑内部结构的烟气流动特性。研究结果表明:6层为建筑的中性层位置,随着排烟口面积增大,烟气蔓延到竖井顶部的时间缩短,对中性层以下走廊的烟气控制效果增强;火灾发生在中性层以下时,中性层以上窗口气流速度为负,烟气溢出;320 s为温差变化的分界点,在320 s之前,排烟口面积与温差绝对值成正相关,320 s之后则成负相关。     

多层建筑火灾烟气运动和回燃的数值模拟研究

为了解多层建筑火灾的蔓延发展和烟气运动,应用大涡模拟(LES)方法对多层建筑火灾发生过程进行数值模拟分析,模拟不同工况下走廊和各楼层中火灾烟气运动和温度的变化情况.尤其针对内部含有竖井的多层建筑,考虑到烟囱效应对火灾发展和烟气蔓延的影响,分别设置自然排烟和机械排烟的实验工况,分析电梯间通风口在自然排烟和机械排烟状况下火灾的发展和烟气运动.通过分析温度和能见度数据,发现合理安排机械排烟能够争取更多人员逃生时间.对于多层建筑火灾中发生的回燃现象进行了原因分析.     

电梯井加压送风全尺寸火灾试验研究

为了研究电梯井烟囱效应、电梯运行活塞效应对电梯井加压送风的影响,获得电梯井有效防烟的临界参数,在10层高的建筑内,利用一部运行速度为1.5 m/s的电梯,开展全尺寸火灾试验。试验包括正、逆烟囱效应的工况,火灾发生在房间和通道的工况,在此基础上得到单梯井低速电梯在火灾中运行的气流特性和压差变化,电梯井有效防烟的技术参数。研究结果表明,合理的电梯井加压送风能够有效控制火灾烟气,使火灾时使用电梯疏散具有可行性。     

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。     

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。     

室外风作用下竖井结构内火灾烟气运动规律研究

室外风是影响高层（超高层）建筑火灾蔓延的主要因素。通过数值模拟六个不同火灾场景温度场、能见度及CO浓度场变化过程,定量总结了不同风向、风速条件下侧向全开竖井结构内烟气运动规律。模拟结果发现,迎面风作用下,竖井内会产生较高滞止压力,中性面位置上升,上部烟气加速向竖井下部蔓延,下部烟气通过开口排出;背面风作用下,中性面位置...     

某机场航站楼自然排烟系统有效性的热烟试验研究

在许多高大空间建筑中安装有自然排烟系统,而随着空间高度增加,火灾烟气温度降低,浮力减小。在某机场航站楼二楼办票大厅进行了全尺寸火灾试验,对大厅顶部的电动自然排烟窗的排烟有效性进行检验。试验中火源为甲醇池火,添加发烟剂作为示踪粒子。共进行了6组不同排烟口面积和火源功率的试验,通过测量火源附近大厅上部烟气温度分布和排烟口速度验证自然排烟的有效性。结果表明,自然排烟窗能有效排出烟气,控制烟气沉降,降低火灾危险性。     

竖井中羽流前锋上升时间的实验研究

利用PolyU/USTC大空间实验厅内的小尺度竖井实验台,测量了开放和封闭竖井中羽流前锋上升时间,结合理论分析的结果,得到了羽流前锋上升无量纲时间和竖井无量纲高度之间的定量关系式.结果表明,在相同火源、相同竖井尺寸条件下,开放竖井和封闭竖井中的羽流前锋上升无量纲时间分别和无量纲高度的1.03次方、1.50次方成正比,与火源热释放速率的1/3次方成反比.由于烟囱效应的作用,开放竖井中的羽流前锋上升速度最快;非受限空间次之;封闭竖井内最慢.各种决定性因素对羽流前锋上升的影响程度由大到小顺序为:内外压差、壁面导热 粘滞力、空气卷吸.     

障碍物对隧道火灾中竖井自然排烟效果的影响*

为研究障碍物对隧道火灾中竖井自然排烟效果的影响,利用数值模拟方法分析不同的纵向风速和隧道内障碍物所处的不同位置对隧道及竖井内温度场、流场结构的影响,并根据模拟结果计算竖井排出热量。结果表明:随着火源与障碍物纵向距离的改变,在近火源区域,竖井后方会发生吸穿现象;在中间区域,障碍物后方发生边界层分离,烟气层变厚;在近竖井区域,竖井和负压区的耦合作用使烟气层变薄;排出热量随着纵向风速的增大先增加后减少,临界风速为1.5 m/s。