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。     

高层建筑火灾时排烟速率对排烟效果影响的数值模拟

对比分析了不同排烟速率情况下,高层建筑内烟气的扩散、走廊内温度的变化和排烟口下方烟气层厚度的变化情况。结果表明,高层建筑走廊机械排烟时,排烟速率对排烟效果影响很大。当前《高层民用建筑设计防火规范》中"排烟口的风速不宜大于10 m/s"的规定不太合理。高层建筑走廊机械排烟设计时,应根据性能化防火设计思想,取得合理的排烟速率,保证排烟口的控制距离小于烟气界面层厚度。     

某高层建筑条形走廊排烟口布置方式的研究

火灾中烟气具有很高的温度和毒性,是人员安全的最大威胁.高层建筑发生火灾时,走廊是烟气扩散的重要途径,同时也是人员逃生的必经之路.通过建立高层建筑内烟气流动的数学模型,采用κ-ε双方程三维紊流模型,利用Fluent软件对高层建筑火灾时不同排烟口布置方式下的机械排烟进行模拟.对比分析了高层建筑条形走廊内单排烟口置于走廊顶部、侧壁和采用双排烟口时的机械排烟效率以及走廊内的烟气扩散状况.结果表明,排烟口置于顶棚时比排烟口置于侧壁时排烟效率高近10%,采用双排烟口比单排烟口排烟效率高约7%.在前室门附近设置排烟口,一方面减少了新鲜空气向火场的输送,提高了排烟效率;另一方面,可以在前室门附近的走廊内形成一段危险性较小的区域,有利于人员安全疏散.     

扁平大空间建筑烟气蔓延影响因素研究

为研究扁平大空间内烟气蔓延影响因素,通过FDS火灾模拟软件对上海某商业综合体的商场进行模型建立,利用计算机模拟,逐一研究了水喷淋,挡烟垂壁高度,排烟口大小、数量,补风方式、补风量对烟气蔓延的影响,通过对比得出结论:增加挡烟垂壁高度对烟气蔓延影响有限,而去除水喷淋对烟气蔓延速度及质量浓度影响最大,烟气蔓延至各测点时间最多加快超过100 s,各测点烟气单位长度消光率最多上升69.51%/m;减小补风量至50%与去除水喷淋对烟气分布影响效果相当,在进行防排烟设计优化时,应优先考虑水喷淋与补风量;此外排烟量保持不变,改变排烟口数量及大小对烟气影响主要体现为蔓延速度变化。     

排烟口布置方式对高层建筑火灾排烟效果的影响

高层建筑发生火灾时，烟气对人员的生命安全有着非常大的威胁，因此有效地控制烟气在建筑物内的扩散对于人员的逃生是非常重要的。通过高层建筑内烟气流动的数学模型，采用k-ε两方程三维紊流模型对高层建筑火灾时排烟口布置于走廊顶棚和走廊侧壁时的机械排烟进行模拟。结果表明，排烟口的布置方式不同对排烟效果的影响很大。排烟口置于顶棚时比排烟口置于侧壁时排烟效率高近10％，走廊内危险性低。在进行排烟设计时应优先考虑将排烟口设置在走廊顶部。     

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。     

长廊型高层建筑防排烟影响因素的模拟研究

为研究走廊中防排烟的影响因素,采用数值模拟的方法,对排烟口布置方式、走廊净高度和排烟速率以及挡烟垂壁等因素进行分析.结果表明,排烟口的布置方式不同对排烟效果的影响很大;排烟口置于顶棚时比排烟口置于侧壁时排烟效率高,走廊内危险性低;走廊净高对烟气的沉降有非常明显的影响,走廊净高低,危险性大;高层建筑走廊机械排烟时,排烟速率对排烟效果影响很大;挡烟垂壁能够较好地降低挡烟垂壁下游走廊内的危险性.     

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.     

隧道集中排烟速率对排烟口下方烟气层吸穿现象的影响

以水平公路隧道为研究对象,运用FDS进行数值模拟,分析了集中排烟模式下对称开启的6个排烟口下方的烟气蔓延规律、烟气层温度和厚度分布规律。结果表明,当排烟速率增大到一定程度时,隧道集中排烟系统存在多个排烟口下方烟气层吸穿的现象,且离火源越远的排烟口越容易发生吸穿,而吸穿会降低整个排烟系统的排烟效率,可能导致排烟口烟气拥堵,易对疏散救援造成消极影响。通过定量描述烟气层厚度和温度与排烟速率之间的关系,获得排烟口下方吸穿的排烟速率范围。     

火源与排烟口布置对隧道火灾排烟影响的数值模拟

运用FDS软件对某半横向通风隧道火灾进行数值模拟,研究了火灾中火源与排烟口布置中烟气蔓延与排烟效果的影响。通过模拟6种不同火源与排烟口布置组合工况下隧道内烟气质量浓度、回流长度的变化规律,得出半横向通风排烟系统排烟效果规律。结果表明:火源位于隧道中间与右车道时,隧道内烟气质量浓度分布基本相同,表明火源位置横向分布对半横向通风系统排烟效果几乎没有影响,而排烟口分布对火灾烟气的蔓延影响较大,排烟口位于烟道板两侧时隧道内烟气质量浓度和回流长度都明显小于当其位于烟道板中部与右侧1/3处时,表明排烟口位于烟道板两侧时隧道排烟系统排烟效果较好,而排烟口位于烟道板中部与右侧1/3处时,两者排烟效果相同,这与文献的小尺寸试验研究结果相吻合。     

水幕排烟系统对烟气控制及排烟效率的影响研究

为探明水幕排烟系统对隧道内烟气控制和排烟效率的影响,通过火灾动力学求解器(FDS)研究不同排烟风量下隧道内烟气、温度和速度分布。结果表明:排烟量小于100 m3/s时,水幕无法有效地阻隔有毒烟气的蔓延;当火源热释放速率(HRR)为10、20及30 MW时,排烟量分别为100、160和180 m3/s,能将烟气限制在水幕排烟系统内;在水幕的作用下,水幕外的温度分布均满足人员逃生的需要(小于80℃),在水幕排烟系统中烟气控制要比温度控制更为重要;相同火源HRR下,排烟口的排烟效率随着排烟量先增大后减小;排烟口的吸穿效应在水幕排烟系统中很难出现,排烟口吸入位于隧道底部混有大量新鲜空气的烟气是造成排烟效率降低的主要原因。     

自然通风下高层建筑条形走廊烟气控制的研究

运用长廊型风洞为实验模型,通过实验与模拟对比的方法,应用FDS软件,模拟研究自然通风下走廊中常见几种烟气控制模式的效果。分析比较各个模式下温度、烟气浓度等的模拟结果得出,在有自然通风下,挡烟垂壁在火灾初期对延缓烟气扩散效果明显,随着火灾的发展,挡烟垂壁几乎没有效果。采用机械排烟后,走廊内温度与烟气浓度均有明显下降,火灾初期走廊内平均温度明显降低,在火灾后期走廊内烟气浓度降低明显。在排烟量不变情况下,采用两个排烟口比单个排烟口排烟效果更好,240s时走廊内CO2浓度相比下降21%。在前室门口设置防烟空气幕可以防止烟气进入前室,利于人员疏散并大幅降低走廊内烟气浓度和温度。开启两个排烟口和挡烟垂壁,结合前室门前设置防烟空气幕,可以达到最好的烟气控制效果,240s时走廊内CO2浓度下降59%,CO浓度下降58%。     

侧部点式排烟模式下烟气分层特性研究

引入烟气掺混影响长度的概念,针对侧部点式排烟模式下不同火灾热释放速率、排烟流量等变化条件,对烟气层厚度、烟气层温度及水平流动速度随烟气水平蔓延的变化情况进行了数值模拟研究。结果表明:烟气掺混影响长度与排烟流量成正比例增长关系;排烟流量较小时,烟气存在明显分层,随着排烟流量的增大,烟气层与冷空气层剧烈掺混,烟气层变得紊乱,看不到明显的分层现象;同一纵向条件下排烟口附近上层烟气层的流速值随排烟流量增加呈现先增大后减小的趋势,不同纵向条件下排烟口外侧烟层流速较低,距离排烟口越远时,侧向排烟对烟气蔓延的抑制作用越弱;排烟流量对于烟气层稳定性的抑制作用主要集中在排烟口处及排烟口与隧道端部区段。     

基于空气幕与排烟系统的隧道火灾烟气控制研究*

为研究隧道火灾时空气幕与排烟系统复合模式下的烟气蔓延规律,优化选择防排烟方式,以某越江隧道为研究对象,运用FDS数值模拟方法探究射流速度、排烟量和空气幕与排烟口间距对防排烟效果的影响。结果表明:空气幕与排烟口间距对射流特性与烟气蔓延有较强影响,间距为30 m的控烟效果最佳;空气幕与机械排烟复合作用的控烟效果远优于每个独立系统,可实现可靠挡烟和有效排烟;当火源功率20 MW时,随空气幕射流速度的增加挡烟效果有所增加,但射流速度不宜过大,取20~30 m/s;机械排烟对温度与可见度影响比空气幕作用效果显著,一定程度上增加排烟量可降低所需气幕射流速度;综合考虑防排烟的有效性和经济性,取射流速度为20 m/s、排烟量为100 m3/s为最优防排烟组合方式。     

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。     

自然通风下横向走道防排烟方式和排烟口位置对烟气状态的影响模拟

通过建立高层建筑内烟气流动的数学模型,采用k-ε双方程三维紊流模型对高层建筑火灾时横向走道内不同防排烟方式和不同位置的排烟口对烟气状态的影响进行数值模拟;通过分析比较,得出对于火灾初期挡烟垂壁对延缓烟气扩散的效果明显,可以通过设置合理的挡烟垂壁高度和数量来延长疏散时间;笔者认为,重要场所应用机械排烟时,排烟口应避免设在前室附近,应将排烟口设置在以挡烟垂壁为防烟分区的中间部位;在保持总排烟量不变和不过分增加经济投入时应增设排烟口的数量以达到最佳排烟效果。     

长走廊内烟气组合控制的数值模拟与试验研究

为研究适用于高层建筑火灾中烟气控制的组合控制模型,提出通过设置防烟缓冲区来改善传统前室正压送风系统,并且与其他烟气控制方式相结合建立组合模型。设计并实施狭长走廊建筑的火灾烟气全尺寸风洞试验;在试验基础上,采用Fire Dynamic Simulation(FDS)软件模拟该风洞在相同试验条件下的火灾现象,对模拟结果和全尺寸试验的数据进行比较分析,发现2者规律吻合,且平均温度误差率为4.08%,验证所建模型的合理性。研究结果还表明在与防烟缓冲区组合中,30 m内走廊段只需设置一个排烟口,且排烟口位置以靠近火源为宜,其排烟效率为72.1%;此外还需要在排烟口后增设挡烟垂壁,来加强排烟效果,从而达到组合模型的最佳烟气控制效果。     

大空间建筑不同排烟系统作用下的烟气控制效果研究

利用FDS(Fire Dynamics Simulator)分别对自然排烟和机械排烟作用下的中庭火灾烟气控制效果进行了数值模拟研究,自然排烟口的面积分别为中庭地面面积的5.6%、11.3%和22.5%,机械排烟量分别为43182m3/h和102000m3/h,同时改变机械排烟口的位置。通过对比各工况下的竖向温度分布、中庭内温度场、烟气层界面高度来判断不同工况下的排烟效果,并计算得到了相应排烟效率来判断各排烟模式下的排烟有效性。结果显示,中庭内的温度和排烟效率都随排烟量的增大而减小,自然排烟的排烟效率最低,仅为17.9%~21.3%,机械排烟量43182m3/h时的排烟效率最高,可达45%左右。     

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。     

排烟口间距对隧道集中排烟烟气层吸穿影响的模拟

吸穿现象的发生将降低隧道集中排烟效率。排烟口间距是影响烟气层吸穿的重要因素。以长22 m的1∶20缩尺寸集中排烟隧道模型为数值模拟研究对象。采用对称方式开启6个排烟口进行双向均衡排烟模式。比较了排烟口间距分别为3 m和2 m时的烟气蔓延范围、烟气层温度和厚度,分析了烟气层厚度、温度与排烟速率之间的关系。结果表明:排烟速率大到一定程度时会导致烟气层吸穿;排烟口间距越大,导致排烟口开始发生吸穿的排烟速率越小;同一排烟速率下,排烟口之间的间距越大,越远离火源的排烟口越容易发生吸穿。因此,为避免吸穿现象的发生,需选取合适的排烟速率及排烟口间距。