外立面阻隔结构限制下建筑开口外部火溢流温度分布特性的研究

为阻止建筑外立面开口火溢流的纵向蔓延，本文基于高斯分布等有关知识，理论分析阳台、窗口和窗槛墙3个外立面阻隔结构限制下的建筑开口外部火溢流的温度分布规律，并运用数值模拟的方法，数值拟合找出建筑外立面开口火溢流的纵向温度分布与窗口宽度、窗槛墙高度及阳台伸长之间的相关性。结果表明：阳台、窗槛墙和窗口阻隔结构共同影响着建筑外立面开口火溢流的外部温度分布，在对建筑外立面阻隔结构的设计中，必须考虑多阻隔结构对火溢流的阻隔作用，靠单一因素的参数设计，无法保证建筑外立面的防火安全。     

通风和开口形状对地下硐室火灾影响的实验研究

针对狭长通道侧向风和不同开口形状对硐室火灾燃烧状态及火焰溢流现象的影响，利用自主设计搭建的小尺寸实验台对侧向通风条件下地下硐室火灾燃烧规律进行研究。实验设定了200 mm×400 mm，300 mm×300 mm，400 mm×200 mm 3种硐室开口尺寸（长×高），选取1.2，3.3，5.1 m/s 3种通风速度和13.8，41.4，69.0 kW 3种火源功率。研究结果表明:在侧向风作用下，可燃气更容易被吹出造成火焰溢出燃烧现象；侧向风在中性面上部区域主要起降温作用，在中性面下部区域则起升温作用；通风因子大的开口工况，室内温度更高，也更容易达到轰燃条件；宽且低的开口使得高温气体与通风风流在较低处混合，其结果导致硐室下部温度较高，对火灾初期人员疏散不利。     

窗口溢流火燃烧试验与数值模拟研究

选取20 cm × 40 cm和60cm×30c m两个开口工况对窗口溢流火燃烧现象进行试验和模拟研究.试验台基于ISO 9705全尺寸热释放速率试验台搭建,包括燃烧小室、模拟外壁面、温度测量系统和气体分析系统.结果表明,燃烧状态受通风因子影响较大.蜂值热释放速率随通风因子的增大而增大,而达到峰值热释放速率的时间和燃烧持续时间呈相反的变化趋势.溢流火焰的壁而贴附效应与小室开口比率(宽高比)有关,宽开口火焰壁面结附效应比带开口明显.采用火灾动力模拟软件FDS(Fire Dynamics Simolator)对试验结果进 行数值模拟.模拟得到的热释放速率、溢流火焰温度分布、小室温度以及溢流火焰的壁面贴附效应与试验结果吻合较好.     

上悬窗条件下通风控制腔室火灾温度的实验研究

随着建筑结构的发展,上悬窗日益成为城市建筑窗户的选择,但这种通风条件下腔室火灾的发展特性仍缺乏研究。利用1∶8相似比例的缩尺寸腔室火灾实验台,实验研究了上悬窗不同开口尺寸、不同开窗角度下,通风控制的腔室火灾温度发展特性。实验结果表明,通风控制条件下,腔室火灾温度随着上悬窗开口尺寸和开窗角度的增加而增加,并通过能量平衡分析,建立了通风控制条件下,耦合上悬窗尺寸和开窗角度因素的腔室内部火灾温度预测模型。     

钢筋混凝土矩形梁在实际火灾下正截面承载力数值计算

为了正确评估钢筋混凝土矩形梁在实际火灾条件下的承载力,以一般室内火灾轰燃后的房间平均温度-时间曲线为火作用,以建筑结构耐火理论为基础,采用数值计算方法研究钢筋混凝土矩形梁的正截面承载力.研究结果表明:梁的承载力随火灾房间温度升高而变小,在温度达到最大值后承载力达到最小值.火灾房间火灾荷载越大,开口因子越小,火作用越大,梁的最小承载力越小;反之相反.相同条件下梁支座截面的承载力要大于跨中截面.     

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。     

电气管廊火场模拟分析与灭火有效性试验研究

针对三种不同尺寸的电气管廊试验环境,开展实体火试验,研究引火源、电缆类型及通风风速等因素对电气管廊火灾温度特性的影响,研究表明,电缆类型及引火源对火灾发展影响较大,通风风速对火灾温度特性产生规律性影响,不同尺寸的电气管廊内温度变化不存在比例关系。细水雾灭火系统可以有效扑灭电缆发热起火及外部火引燃的火灾,数值模拟结果可以较好的预测实体火试验结果。     

高原与平原地区油池火燃烧特性对比试验研究

为研究高原环境液体燃烧时火焰特性参数与平原地区的差异,在拉萨和合肥进行了汽油油池火燃烧试验.结果表明,在燃料类型和油盘尺寸相同的条件下,两地汽油和柴油的质量燃烧速率之比等于大气压力之比,且高原地区的汽油火火焰比平原地区细长. 随着高度的增加,高原地区羽流中心温升的下降幅度减小,且幅度小于平原地区. 相同燃烧速率下,高原地区小尺寸油盘的油池火高度和中心温度大于平原地区,McCaffrey羽流温升公式不适用于计算低压环境下小功率火源.研究表明,由于氧气含量和压力的不同,高原地区燃料的燃烧特性与平原呈现不一样的规律.进一步研究环境压力对燃料燃烧特性的影响规律,可为研究高原火灾发展规律及火灾防治技术提供理论指导.     

受限空间开口对细水雾灭火有效性影响实验研究

为了探讨开口的位置与尺寸对受限空间内的细水雾灭火有效性的影响,设计了一个尺寸为1.2 m×1.2 m×1.2 m的特殊受限空间模拟实验台,开展了一系列细水雾灭火对比实验,测量了烟气温度以及灭火时间等实验参数,通过改变实验燃料、火源功率、开口尺寸、开口位置等因素来研究开口对特殊受限空间内细水雾灭火有效性的影响规律。结果表明:在特殊受限空间内,相同条件下,开口位置由下至上,细水雾抑制火灾有效性由低至高;开口尺寸由大至小,细水雾抑制火灾有效性由高至低。当开口尺寸足够小以后,细水雾抑制火灾有效性反而会逐渐增强。     

铁路隧道火灾烟气温度场分布规律的试验研究

以我国某铁路水下盾构隧道为背景,针对不同纵向通风风速、火灾规模等因素进行了18组缩尺寸火灾模型试验,对火灾时隧道内烟气温度场的纵向变化规律、高温烟气的蔓延规律进行研究,获得了不同工况下拱顶下方烟气温度纵向分布规律、火区内和火区下游烟气最高温度分布规律,以及火灾蔓延范围等.并根据火区内烟气最高温度的试验数据,得到关于烟气最高温度与纵向通风风速及火灾规模的理论公式.拟合结果表明,该理论公式与试验数据能够较好地吻合,相关性为0.92左右.     

窗口火作用下建筑幕墙外保温系统防火性能的试验

建筑幕墙外保温系统火灾事故发生频率高,火灾危险性大,其防火安全性能已成为社会关注的焦点。采用大尺度实体火试验方法,选取具有代表性的金属幕墙保温系统和保温装饰板外保温系统作为试验对象,对防火隔离带和防火封堵位于墙体不同位置的4种工况,开展了一系列窗口火试验。通过采集试验表观现象、火焰蔓延特性、温度分布特性、系统损坏特征等耐火性能试验数据,综合比较分析了不同工况下不同燃烧性能等级的建筑幕墙外保温系统的耐火性能。结果表明,建筑幕墙上下贯通的空腔结构加剧了火蔓延的烟囱效应,存在较大的安全隐患。防火封堵可以阻断空腔中的热对流,防火隔离带可以阻隔材料之间的热传导,二者均可以有效抑制火焰在垂直和水平方向上的蔓延,大幅提高建筑幕墙外保温系统的防火性能。在建筑外墙窗口上方、水平线1及水平线2下方20 mm处分别设置宽度为100 mm的防火封堵和宽度为300 mm的防火隔离带时,系统具有较好的防火性能,综合考虑实际工程的应用性和经济性,可将其设为防火构造设计的基准参数。     

侧墙结构纵向多窗口羽流火焰融合的数值模拟

为了给高层建筑外部火蔓延防控提供参考,利用火灾动态仿真模拟软件PyroSim对无侧墙建筑的纵向多窗口羽流火焰与侧墙建筑的纵向多窗口羽流火焰进行了数值模拟,并改变侧墙长度,引入危险温度T=540℃、T1=350℃及T2=250℃,综合分析窗口温度曲线及等温线数据。结果表明:纵向多窗口羽流火焰产生相互融合现象,无侧墙建筑纵向相邻两窗口与三窗口的危险温度高度相似,比单窗口的危险温度高度提升了2.5~3.0 m;侧墙结构引起烟囱效应的作用效果与侧墙的长度呈正比,侧墙长度为3.6 m时,纵向多窗口的危险温度高度与无侧墙建筑相比,对T1和T2,高度提升了2.0~2.5 m,而对T,高度的影响较弱,羽流火焰的形状在纵向被拉长。     

外墙保温材料在火灾中的燃烧现象小尺寸实验研究

利用外墙保温材料的小尺寸燃烧实验来研究外墙保温材料在火灾过程中的燃烧特性,分析总结外墙保温材料在火灾过程中的燃烧现象.建立外墙保温材料火灾实验模型,对外墙保温材料火灾实验的实验方法以及数据测定方式进行了介绍.采用不同阻燃性质的保温材料,研究阻燃成分阻止竖向燃烧的效果.观察不同的保温材料在燃烧过程中的点燃性能.根据材料的阻燃性能、点火位置、固定方式的不同,总结燃烧痕迹的变化规律.分析非阻燃材料在燃烧的过程中的熔滴生成,发现产生的熔滴对未燃保温材料的点燃现象.观察不同的保温材料在燃烧过程中的烟气生成及烟气层的形成.通过小尺寸火灾试验的方法来研究建筑外墙保温材料火灾的特性,提出使用阻燃型外墙保温材料的必要性.     

螺旋隧道火灾特性小尺寸实验研究

为探明螺旋隧道火灾特性,防止人员高温伤害,基于Froude准则,搭建比例1∶67的小尺寸螺旋隧道实验模型,采用模型实验方法研究不同坡度和不同风速下螺旋隧道火灾温度分布规律及烟气蔓延特性。研究结果表明:低坡度条件下,螺旋隧道内高温区以火源为中点呈对称分布状态;随着坡度的增加,隧道内高温区逐渐向下游延伸,火源处拱顶下方温度呈现先增大后降低再升高的变化规律;无论是自然风还是机械纵向通风,新鲜冷空气的吹入对隧道温度的降低起到主导作用,且风速越大,温降幅度越大;随着隧道坡度和自然风速的增加,火羽流由竖直狭长型转变为燃烧不稳定的大截面火焰,同时坡度增加抑制了火灾烟气逆流,促进了烟气向火源下游的蔓延速度,大大提高了排烟的有效性,减少人员伤害。     

外墙保温材料数值模拟研究

根据外墙保温材料具体的工程参数为依据,对挤塑型聚苯乙烯(XPS)、膨胀型聚苯乙烯(EPS)和聚氨酯(PU)三种材料的燃烧参数进行设定,设定火源为从窗口喷射而出的火焰,运用FDS软件进行数值模拟与分析。经过模拟发现:外墙保温材料在竖向燃烧中,火焰前锋高度呈现抛物线式增长,y=at2+bt+c,前期增长迅速,后期逐渐平稳。火焰前锋速度按照线性变化,vp=αt+β。在整个燃烧过程中,火焰前锋速度平稳的降低。XPS板导热系数最好,各测点的温度上升最慢,EPS板蓄热系数最好,所以其温度曲线最为平稳。     

外立面作用下水平湍流浮力射流火焰的附壁研究

用防火板模拟建筑外立面,设计了可控流速和开口尺寸的气体燃烧器产生水平湍流浮力射流火焰,系统研究了外立面抑制火焰卷吸所导致的水平湍流浮力射流火焰附壁规律。将火焰流场演变分为两个阶段:(1)出口到流场水平动量衰减为零(等价点)的阶段;(2)火焰附壁或不附壁的阶段。其中,火焰附壁与否很大程度上取决于等价点到出口的水平距离LE。通过分析,我们发现雷诺应力是导致流场水平动量衰减和火焰附壁的主要原因。由此,我们基于普朗特混合长度理论推导了雷诺应力的近似表达式并结合动量控制方程,获得了LE与修正弗洛德数Fr*的线性关系,从理论上解释了出口宽高比n(n=B/H,B是开口宽度;H是开口高度)越大,火焰越容易附壁的现象,并确定了不同开口及流速条件下,火焰附壁的临界条件。     

火源位置对腔室火流动特性影响的实验研究

腔室火流动特性是影响腔室火灾蔓延与通风状况的重要因素。通过一系列小尺度腔室火实验,研究了火源位置变化对腔室火流动特性的影响。实验结果表明,随着火源沿腔室底部从壁面向开口方向移动,在开口中性面以上,同一高度处压差与流速增大,中性面高度和烟气层高度均降低,并导致开口质量流率增大。与火源强度相比,火源位置变化对烟气层高度的影响更为显著。火源位置对中性面高度及烟气层高度的影响在壁面处及开口处更为显著,腔室中部位置变化的影响相对较小。火源由壁面向开口移动,会造成火焰高度降低和水平伸长量增加。基于实验数据,给出了考虑耦合火源位置的腔室内火焰水平伸长量的表达式。研究结果可为相关场景下的腔室火灾理论模型提供实验结果支撑。     

3m直径煤油池火灾火焰特性的数值研究

为了预测油池火灾的火焰特性,采用CFD模拟技术开展静风状态下3 m直径煤油液池的火灾场景模拟,探讨火焰温度、火焰羽流速度、辐射热通量、燃烧产物质量分数等油池火焰特性参数随高度的变化关系;并结合火焰形态分布,提出一种4区域模型,即将湍流扩散火焰划分为油气混合燃烧区、燃烧火焰区、烟尘区和热烟气区来分析燃烧气流在不同高度的实际物理化学特性。此外,通过经验公式和CFD模拟2种方法分别计算出3 m直径煤油池火灾的火焰高度、火焰表面的辐射通量及热辐射破坏半径,并对计算结果进行比较分析,结果表明:2种方法可互相补充完善,有助于池火灾的热辐射危害性评估。     

喷射火对输油管道热影响实验平台设计与验证*

为研究油气并行管道中,天然气管道喷射火对相邻输油管道内流体与管壁的热影响,设计并搭建天然气喷射火对输油管道热影响实验平台。实验平台由环道及冷却系统、火焰系统、控制及数据采集系统3个部分组成。完成平台搭建并验证环道系统气密性后,以0#柴油为介质,开展验证实验。研究结果表明:火焰系统工作可靠且可控,冷却系统能够将柴油温度控制在初馏点以下,数据采集系统能够正常采集油品压力、温度、流量、管壁温度、火焰温度等预定数据,实验平台具备一定可行性与安全性。实验平台可进行在不同管道规格及材质、火灾形式、油品介质及流速条件下的热影响实验。实验平台结合材料性能进行测试,可研究喷射火对管材性能的影响,为油气并行管道的安全运行提供相关实验依据。