建筑物通道内火灾烟气运动的数值模拟

发生在各种长通道内的建筑火灾受到人们越来越多的关注.研究此类火灾烟气运动的特点,对于发展火灾烟气控制技术,减少烟气对人员的伤害具有重要的意义.应用场模拟方法,对有自然通风的建筑物通道内的火灾烟气运动进行了数值模拟.模拟得到的通道内烟气温度的分层分布与实验数据基本相符合,烟气对环境空气卷吸量的计算值也与已有经验关系式的结果相一致.利用数值模拟还研究了释热率对通道内火灾烟气运动的影响.结果表明,在有自然通风的条件下,释热率的增大对通道上层热烟气的温度和速度有较明显的影响,导致火灾的危害性变大.     

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。     

典型多层经营性自建房火灾初期处置效能的大涡模拟

针对多层经营性自建房建筑结构及火灾荷载特点构建典型建筑全尺寸模型，进行火灾动力学模拟分析及拓展研究，以提高火灾初期处置效能。设置系列火灾模拟场景输出表征项，采用雷达图等方式量化对比不同初期处置战术措施效能。结果表明，自建住宅因多层、内设楼梯井等建筑结构特点，火灾过程中热烟气易在楼梯井、采光井等结构内大量蓄积。在建筑二层或以上空间有人员被困的火场，二层出水冷却、破拆顶窗联用出水等2种战术措施能够在短时间内迅速降低二层及以上空间温度及烟气浓度；对一层火势控制作用虽不明显，但反作用影响亦不大。一层出水冷却虽可对一层火势形成有效控制，但易驱赶、加剧热烟气向上层流动扩散，有人员被困时不利于内攻搜救。二层排烟、破拆顶窗等2种战术措施用于一层火灾荷载较大、二层以上空间已有大量热烟气聚集的火场，易引发回燃，应谨慎使用。涉及出枪射水的战术措施，建议应尽量选用能够形成较小粒径液滴的灭火器具，在压制火场火势降温、吸附烟气粒子降毒方面可取得较好效果。     

十字平交通道不同排烟模式烟控效果的数值模拟研究

十字平交通道是主、辅通道在中间位置十字相交的一种较为少见的城市道路形式,火灾情况下烟气运动和通风排烟策略不同于常规意义上的公路隧道。采用FDS模拟软件研究辅通道三种通风排烟模式的烟控效果,综合考虑不同火灾规模、射流风机位置、射流形式等的影响作用。结果表明:辅通道单侧射流、两侧同向射流和两侧相向射流作用均存在最小临界风速。火灾规模为0 MW~30 MW,最小临界风速值随火灾规模变化关系为:Y=Y0+bX。两侧相向射流对应最小临界风速最大,烟气层结构破坏严重,火场温降效果最差;单侧射流和两侧同向射流对应的最小临界风速值较小且差别不大,结合工程实际情况,考虑单侧风机射流模式为较合理优化的烟控方式。     

城市综合管廊缆线舱火灾烟气扩散规律数值模拟研究

基于流体Pyrosim模拟软件,结合西安市某地下管廊缆线舱进行火灾烟气扩散规律的数值计算。将整个火灾过程分为缓升段、快升段、下降或波动段等3个阶段,当自动喷淋灭火系统启动后,火灾热释放速率以阶梯型开始衰减;烟气由于受到火源热羽流及舱室顶部受限空间的作用,形成顶棚射流,随即向舱室两侧扩散,此时烟气在竖向空间出现了分层现象;不同位置处的能见度均随时间的推移呈负指数下降,且距离火源越远,能见度开始下降的时间越迟。研究结果表明:烟气扩散规律与火源热释放规律呈正相关,可分为发烟段、烟气快速上升段、缓升或波动段;当关闭通风系统后,不同位置处空气中的烟密度具有不同的峰值,并且随着时间的推移,空气中的烟密度最终趋于稳定。研究结果可为综合管廊消防管理提供理论参考。     

射流风机用于地下车库类建筑防排烟的可行性探讨

根据地下车库类扁平空间的火灾特点，提出此类场合内的合适的消防设计理念和利用射流风机的诱导作用来实现辅助排烟的设想。并结合双层流体稳定性判据，提出了射流风机的布置方案和出口流速的临界值，以克服射流风机干扰烟气层的弊端，最后在一假定地下空间建筑内进行了应用。     

舰船火灾中烟气沿通道蔓延特征的计算机模拟

本文采用区域模型时舰船火灾中烟气沿通道蔓延的热物理特征进行了计算机模拟，并根据区域模型村基本思路，采用纵向分段的方法，解决了纵向长通道内烟气蔓延中分层热物理参数不均匀问题，提高了模拟计算的准确性，模拟结果与模型实验符合较好。     

地铁停车线区域通风排烟模式研究

为明确复杂结构、多排烟系统联动作用下,地铁停车线区域火灾烟气扩散特性,优化停车线通风排烟策略,针对广州某停车线区域开展了火灾现场实验和数值模拟研究。首先,基于全尺寸火灾试验结果,获取停车线区域典型火灾场景下的烟气扩散和沉降特性,并测量停车线区域不同通风模式下的气流流速;随后,运用数值模拟方法对比多种排烟模式下的烟气控制效果,并分析隧道风机和射流风机排烟风量对烟气扩散特征的影响形式。研究结果表明：自然通风场景下,火灾烟气起火后180 s内即可进入区间隧道及配线隧道,而启动隧道风机排烟可以减缓烟气扩散速率和沉降速率,但隧道风速未达到临界风速时,无法控制烟气向外扩散;隧道风机排烟组合区间射流风机向停车线送风的工作模式是停车线区域最佳排烟模式,建议隧道风机采用2台60 m³/s风量风机,射流风机采用2台30 m³/s风量风机,可同时降低停车线区域、区间隧道及配线隧道区域的烟气扩散和沉降速率,延长各区域可用疏散时间。研究结果可用于指导停车线风机选型及排烟模式设计,提升停车线区域火灾烟气控制能力。     

全尺寸隧道火灾实验研究与烟气逆流距离的理论预测

在建成的隧道中实施全尺寸火灾试验,得到隧道火灾自然通风模式下的烟气温度纵向变化数据和纵向蔓延情况。用OriginPro7.5软件对实验数据进行处理、拟合,得到3次实验的烟气逆流的顶棚射流温度随着离开火源距离纵向衰减规律,建立了计算烟气逆流距离的预测公式。根据隧道实体火灾实验的测量结果与理论模型的预测结果的对比,验证了理论模型的有效性,为市政公路隧道建设采用自然通风模式提供科学依据。     

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.     

超高“Z型”中庭高度对自燃排烟特性影响的数值模拟研究

超过12m的超高中庭发生火灾时,常规排烟方法不能完全满足实际需求。通过FDS软件对某超高"Z型"中庭进行数值模拟,研究中庭高度对自然排烟特性的影响。该"Z型"中庭底层南面是自然进风口,顶层北面是自然排烟口,以烟气最先到达指定楼层人员危险时间值为到达危险时间。实验条件下模拟结果表明:无风情况下,中庭高度增加,到达危险时间增加,自然排烟效果增强。到达危险时间t与中庭高度h之间满足一定指数增长关系:t=y0+Aexp(h/α),中庭火源位置和中庭宽度对y0、A和α有一定影响。有风情况下,外界风向与进风口方向一致时,中庭自然排烟效果优于无风状况,中庭越高效果越强。在外界风向与排烟口方向相反时,烟气倒灌进中庭,自然排烟效果较弱。     

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。     

“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。     

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。     

某中庭式建筑火灾情况下人员疏散危险性分析

建筑物内人员的安全疏散设计是建筑防火设计的重要组成部分。本文针对具体某中庭建筑的实际情况,开展人员安全疏散研究．采用性能化防火设计的思想,运用经验公式和场模拟相结合的方法对不同火灾场景下中庭的烟气运动进行数值计算．并将计算结果与我国现行规范中的相关规定对比分析。研究结果表明,性能化设计思想能在中庭的人员疏散设计中得到合理的应用。     

大型商业建筑中的性能化设计问题探讨

本文分析了大型商业建筑的建筑特点、火灾特点及火灾危害性,并基于性能化防火设计的理念,针对某大型商场的建筑特点和性能化问题,提出了通过设置防烟走廊阻止火灾高温烟气进入作为疏散临时安全区的中庭的设计方法。在合理估算建筑内火灾和人员荷载的基础上,选用合适的模型,通过对火灾情况下的烟气蔓延和人员疏散进行数值模拟和分析,验证了防烟走廊的设置可有效提高中庭的防火安全性能。     

中庭火灾烟流相似模型

将燃烧着的火焰视为具有一定发热量的热源、不计辐射传热的影响 ,建立中庭火灾烟气流动控制微分方程组 ,并导出模型实验相似准则 ;提出模型与原型局部相似的模型律 ;忽略围护结构热相似 ,建立 1/ 8模型试验台 ;开展中庭火灾烟流填充过程模型实验 ,模型实验与原型实验结果吻合。研究表明 :理论模型律是合理的 ,采用小比例的相似模型实验 ,研究中庭火灾烟流的发展是可行的     

中庭建筑回廊排烟方法的模拟实验研究

根据中庭建筑的特点,提出中庭建筑“回廊＋中庭顶部”的排烟方案。基于此方案,运用区域模拟思想,分析了回廊排烟条件下中庭建筑内烟气运动过程,建立了回廊溢出烟气质量卷吸流量的简化模型,推导了有／无回廊排烟条件下中庭排烟量的相互关系公式,从理论上说明了方案是可行的,并进一步通过模拟实验进行了验证。     

中庭式建筑内回廊排烟方法有效性的研究

中庭式建筑各楼层均通过中庭相连,因此给建筑物内机械排烟设计造成了困难.近年来一些学者提出了回廊排烟的概念,但并没有进行深入的研究.本文采用二维线性羽流模型对回廊排烟过程进行了描述,从理论上分析了采用回廊排烟控制建筑内烟气蔓延的效果.并采用FDS对一实际中庭式建筑采用回廊排烟的效果进行了模拟,对理论分析进行了验证.还对回廊内蓄烟池的深度进行了讨论,提出将回廊蓄烟池深度设为1 m左右是比较合适的.     

大空间火灾烟气流动的动态显示研究

讨论了火灾烟气流动过程的计算机动态模拟方法。利用Ｄｅｌｐｈｉ可视化编程工具,建立了一个融区域模拟计算和计算机动态显示于一体的火灾发展的模拟软件,并以中国科技大学的大空间建筑火灾实验厅为对象,对典型火灾羽流及烟气层的发展过程进行了动态显示。