地铁站内空气幕防烟效果的数值模拟研究

地铁站内站台层发生火灾时,站台层的烟气会通过站台层到站厅层的楼扶梯蔓延至站厅层。为了研究楼扶梯口处设置空气幕对站台层烟气的阻挡效果,进行了数值模拟研究。主要研究空气幕的出口风速,出口射流角度对烟气的阻挡效果。设置的空气幕风速有3m/s,4m/s,5m/s,10m/s;设置的角度有0°,15°,30°。通过模拟对比空气幕前后温度变化,得出风幕风速为4m/s或者5m/s时即可较好阻挡烟气。角度为15°的空气幕比0°和30°的空气幕挡烟效果好。     

挡烟垂壁作用下狭长通道内烟气输运特征研究

为揭示挡烟垂壁对狭长通道火灾烟气特征及温度分布的影响,运用火灾动力学软件FDS,研究了狭长通道内不同高度挡烟垂壁下火灾烟流运动行为,重点探讨了密度跳跃过程及近火源区烟气特征参数变化。结果表明:挡烟垂壁增加了密度跳跃中翻滚区的长度,缩小了卷吸空气范围,造成烟气质量流率相应减少;挡烟垂壁对烟气垂直速度分布的影响主要作用在挡烟区,且与垂壁高度有关;垂高大于0.3 m,受挡烟垂壁高度影响,在垂直高度1.5~2 m位置出现一定速度的烟气逆流,速度分布曲线呈现与无挡烟垂壁不同的凹陷区,非挡烟区烟气垂直速度服从高斯分布;与无挡烟垂壁相比,挡烟垂壁上游顶棚附近温度普遍增高,下游温度衰减速率随挡烟垂壁高度的增加而加快。     

空气幕距挡烟垂壁及火源不同距离的挡烟效果研究

火灾发生时,空气幕可以在不影响人员通行情况下阻挡烟气的蔓延,适用于逃生楼梯口处.运用Pyrosim软件,对一简单建筑模型进行火灾模拟,研究空气幕距挡烟垂壁及火源不同距离时的挡烟效果差异,通过烟气蔓延情况,对空气幕处的速度矢量、空气幕后方测点处温度、CO浓度等数据进行比较分析,得出空气幕距挡烟垂壁的最优设置距离为0.5～1m;火源位置对空气幕挡烟性能的影响不大.     

狭长空间不同间距挡烟垂壁阻滞火灾烟气蔓延数值模拟

为了研究狭长空间防火挡烟设施的效果,通过数值模拟方法,研究了狭长空间中两挡烟垂壁间距对烟气阻滞作用的影响规律。研究结果发现,烟气越过前挡烟垂壁后,根据烟气流动状态可分为3个流动区域,即涡旋区、涌波区和定常流动区。当后挡烟垂壁位于涌波区,挡烟垂壁间距3～6m时,阻烟效果最佳。     

呼吸式幕墙火灾特性的数值模拟研究

针对呼吸式幕墙存在的消防问题,利用计算流体力学方法对其火灾特性进行了数值模拟,研究了窗槛墙高度、防火挑檐宽度、热通道宽度、外幕墙破碎和室外风速等因素对幕墙通道内烟气流动特性的影响,得出了各因素对烟气蔓延速度、烟羽流温度、幕墙附近温度的影响规律.分析发现,增设防火挑檐、加宽幕墙热通道可降低烟气对上层幕墙的影响,而在0.8 m高的基础上再增加窗槛墙高度并不能起到更好的防火效果;外幕墙破碎后,可将大部分烟气排出到外界空间,对上层幕墙的影响会减弱;室外风速会加速烟气的蔓延,但可降低烟气温度.最后对幕墙的防火对策提出了建议.     

环境风-烟囱效应对高层建筑竖向通道火灾烟气行为耦合影响

为探究高层建筑竖向通道火灾烟气在环境风与烟囱效应耦合下的输运行为，以赣州市某高层建筑的竖向通道为研究对象，采用Pyrosim建立4种火灾场景的物理仿真模型，并运用火灾动力学模拟软件(Fire Dynamics Simulator, FDS)模拟分析环境风与烟囱效应耦合作用下竖向通道火灾烟气蔓延行为。结果显示：在环境风或烟囱效应单因素作用下，竖向通道中的烟气蔓延速度与CO体积分数均上升；环境风速越大，对竖向通道内火灾烟气温升的抑制效果越强。在环境风与烟囱效应双因素耦合作用下，竖向通道中火灾烟气的相关行为特征更加显著，烟气到达竖向通道顶部时长最大缩减了44.5 s,同高度CO体积分数最大涨幅达到0.13百分点，竖向通道内温升则出现明显削弱现象。研究结果可为高层建筑竖向通道防火及排烟设计提供理论依据。     

挡烟垂壁对长通道顶棚温度分布的影响研究

为提高长通道内部挡烟性能,揭示挡烟垂壁在长通道烟流控制中的作用,利用数值模拟方法研究挡烟垂壁与火源的距离分别为4.2、6、9、12 m,垂壁高度在0.3~0.9 m时顶棚附近烟气温度纵向分布;拟合模拟数据得出挡烟垂壁位置与高度综合影响下长通道挡烟垂壁下游温度纵向分布预测公式,并通过1∶5小尺寸通道火灾试验对预测公式进行验证。结果表明:挡烟垂壁对其上下游烟气温度分布的影响分别表现为减缓衰减与加速衰减2种效果;随着垂高的增加,垂壁上游温升值增大,下游温升值减小,且下游温度衰减速率与垂壁高度有线性关系;挡烟垂壁离火源越远,烟气温度纵向衰减越慢,高温危险区域越大;试验温度数据与公式预测值二者吻合较好,验证了数值模型的有效性。     

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...     

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。     

基于FDS的居民楼火灾烟气远距离传播过程研究

利用大涡模拟软件FDS对某居民楼火灾发生发展和烟气传播过程进行数值模拟,探讨烟气质量浓度在侧间-走廊建筑的分布情况。在不同房间的目标位置设置探测点,分析烟气质量浓度、CO体积分数分布。结果表明,距离火源位置最远的房间烟气质量浓度、CO体积分数最高且在短时间内达到致死浓度;烟气更容易在最远的房间聚集,在特定的时间段内,始终比其他房间的危险性要高。对于此类居民楼建筑火灾中的人员安全而言,最远端房间的危险性最高,火灾时要着重注意此区域的疏散。此外,在走廊顶棚上间隔适当的距离设置了挡烟垂壁,并且模拟了该工况下烟气质量浓度分布。结果表明,加入挡烟垂壁后走廊的烟气蔓延相对均匀,各个房间烟气质量浓度更为接近,最大烟气质量浓度也有明显降低,从而延缓了整个建筑达到危险状态的时间。     

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。     

空气幕对城际铁路地下车站火灾烟气控制数值分析

为将空气幕作为城际铁路地下车站控烟措施提供理论依据,进而为地下车站防灾控烟设计提供新思路,以某典型城际铁路地下车站岛式站台层为依托,采用火灾动力学三维模拟软件FDS建立全尺寸火灾模型,对比单吹式、吹吸式空气幕布置于站台与轨行区间时楼梯及站台处温度及可见度分布规律,并分别对单吹式、吹吸式空气幕的射流风速、射流角度进行了参数优化研究。结果表明:单吹式、吹吸式空气幕均可保证火灾下楼梯区域可见度和温度的安全性要求;单吹式在射流风速为12 m/s且射流角度为10°时,吹吸式在射流风速为8 m/s时,防烟效果良好且趋于稳定;采用单吹式的最小站台危险区域较吹吸式长15 m,建议在城际铁路地下车站中选用吹吸式空气幕。     

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。     

水幕与排烟系统协作下隧道火灾烟气防控研究

为优化选择水幕和机械排烟系统作用下最佳防排烟方式,运用FDS数值模拟方法探究排烟速率和水幕与排烟口间距对烟流分布的影响,并对11组模拟工况下排烟效率和烟气特征参数变化规律进行研究。结果表明:20 MW的火源功率下,排烟速率为60 m3/s、水幕与排烟口间距为12.5 m时,排烟效率较高且烟气特征参数满足安全要求,考虑防排烟的有效性和经济性,可选其为最优防排烟组合方式。研究结果对防排烟系统的设计具有指导意义。     

有风条件下火灾自然排烟的临界失效风速分析

采用双区模拟思想对有风条件下室内火灾自然补气、自然排烟过程进行分析。引入"总风压系数"和"临界失效风速"的概念,并将其作为评价外界环境风对自然排烟过程影响程度的判定参数。总风压系数非负时,外界风的存在将提高自然排烟的效果;总风压系数为负时,外界风的存在将降低自然排烟的效果,甚至使自然排烟失效。通过对排烟口内外压差以及气体流动进行分析,发现临界失效风速正比于总风压系数绝对值的-1/2次幂,并给出了不同条件下自然排烟临界失效风速的计算方法。实际采用自然排烟方式进行火灾排烟时,应尽量避免出现总风压系数为负的情形,以防止自然排烟的失效。     

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%。     

基于正交分析的防烟缓冲区参数设置研究

为了研究典型长廊型高层建筑中走廊-前室缓冲区不同参数设置对烟气控制的影响,利用FDS软件建立长廊型高建筑火灾烟气运动模型。利用空气幕配合正压送风在前室门前形成防烟缓冲区,运用正交设计的方法分析流量比、空气幕射流速度以及空气幕射流角度对缓冲区防烟能力的影响,得出防烟缓冲区最佳模式为空气幕送风量与前室加压送风量之比为2∶1,空气幕射流速度为8 m/s,空气幕射流角度为30°。与传统正压送风防烟模式相比,防烟缓冲区最佳模式下,前室的平均CO浓度降低了99.99%,平均温度降低了98.47%,防烟缓冲最佳模式使前室加压送风量减少了1/3,楼梯间加压风量减少22.56%,节约了送竖井的地面积,减少了进入走廊和火场区的送风量,使排烟效率提高了8.76%。     

出口角度对防烟空气幕防烟效果影响的数值模拟

利用火灾动力学模拟软件FDS,以四川消防研究所高层实验塔二层为原型,模拟在不同防烟空气幕出口角度情况下高层建筑前室烟气运动情况,获得在其他条件不变情况下,空气幕运行时的最佳出口角度。试验结果表明:空气幕角度为5°及20°时,模拟试验后期烟气基本突破了空气幕蔓延至前室内,而当出口角度为10°和15°时防烟效果较好,且15°时防烟效果优于10°,故推荐空气幕运行时的最佳出口角度为15°。