火源和壁面材料对轰燃影响的数值模拟

轰燃是建筑火灾中一类特殊的火灾现象，其引起的危害是巨大的。有很多因素会影响轰燃的产生，在这些因素中，火源类型大小及壁面参数等对轰燃发生时的热烟气温度和热释放速率有重要的影响．本文利用区域模拟方法计算了这些因素的影响情况．计算结果表明，火源对火灾的蔓延影响十分显著；墙壁材料可燃的难易程度会大大改变轰燃发生的时间．     

高层建筑典型外墙保温材料火蔓延特性数值模拟研究

有机保温材料被广泛应用于高层建筑外墙保温体系的同时,也可能增加高层建筑的火灾风险。本文通过计算机模拟,着重研究了保温材料之一的聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)的火蔓延速率、失重速率及温度场分布等特性。研究结果发现:发生火灾后,外墙保温材料可以在很短的时间内自下而上蔓延至整个材料表面,并有表皮着火的现象。在火焰到达材料顶部之前,向上火蔓延占主导地位,材料中部区域明显燃烧脱落,火焰在材料两端上部继续燃烧,有向下加速蔓延的趋势;之后,火焰沿着材料中部内侧向下剧烈燃烧,材料呈V字型燃烧直至熄灭。在高层建筑外墙外保温材料火蔓延中,不同着火点情况下的燃烧速率随时间变化的趋势相似,且会形成两个波峰。     

室内火灾温度的预测方法及其分析

室内火灾温度是火灾科学中非常重要的参数之一，它对火灾防护有着重要的作用。本文以轰燃为分界点，总结归纳了目前国际上采用的轰燃前后室内火灾温度的预测方法。对每一种方法的使用条件及优缺点作了分析。同时对轰燃前后的各种温度预测方法分别作了简要的对比。最后根据前面的分析推荐了作者认为实用性较强的几种方法．     

隧道纵向通风对火灾规模和火灾蔓延的影响

隧道纵向通风一方面会给火源提供大量氧气,扩大火灾规模,增加火灾蔓延的可能性;另一方面又可以带走大量热量,减小火灾蔓延的可能性。目前,这两方面影响的相对重要性还没有被很好地研究。本文对纵向通风对隧道火灾蔓延的影响进行了研究,首先分析了纵向通风对隧道火灾规模的影响,然后利用火灾动力学模拟程序FDS,对不同通风速率及相应火灾规模条件下隧道内车辆间的火灾蔓延进行了数值模拟,得出了不同通风速率条件下火灾蔓延的规律,并提出了控制隧道火灾蔓延的措施。结果表明,增加通风速率能较大地增加货车火灾的热释放速率,当通风速率小于2 m/s时,火灾蔓延的距离随通风速率的增加而增大,当通风速率大于2 m/s时,火灾蔓延的距离受通风速率的影响很小;对于客车火灾,通风对火灾的热释放速率影响较小,并且火灾蔓延的距离随通风速率的增大而减小。     

高层住宅楼外墙保温系统火灾蔓延的数值模拟

为研究施工中高层建筑外墙保温材料火灾蔓延规律及温度场分布情况,利用火灾动力学模拟软件FDS(Fire Dynamics Simulator),建立了一栋20层钢筋混凝土住宅楼实体的数值分析模型,模型中包括施工脚手架和尼龙安全网,火源点位于第6层的外墙上。分析得到了火灾的发生及蔓延、温度场分布、CO浓度分布规律。研究结果表明,火灾开始时,火焰先沿水平方向发展,然后向上蔓延,并迅速蔓延至整个外表面,即呈表皮着火现象;窗户玻璃爆裂后,室内可燃物被点燃,形成立体燃烧;在建筑凹槽处,产生烟囱效应,燃烧最为剧烈,温度高达1000℃;在整个火灾蔓延过程中,温度出现2个峰值点。研究成果可为高层建筑室外火灾采取防控措施提供参考。     

真实大空间建筑物火灾场模拟研究

根据一真实火灾调查报告设定了真实大空间建筑物开口情况和材料燃烧性能参数,建立了FDS(Fire Dy-namics Simulator)物理模型。计算了火灾释热速率以及着火大空间烟气的温度场和一氧化碳浓度场的变化。研究结果表明:火灾短时间发生轰燃,随后发生回燃。轰燃是导致大量人员死亡的1个重要原因;回燃没有引起各点烟气的温度和一氧化碳浓度显著的提高,但对各点烟气的温度和一氧化碳浓度的保持起到较大作用。     

室内火灾烟气运动及机械排烟的大涡模拟

采用机械排烟是控制建筑火灾烟气扩散与蔓延的一种有效手段。利用大涡模拟方法,对建筑物室内火灾烟气运动及机械排烟进行了数值模拟。在室内后侧墙处有机械排烟口的条件下,模拟得到的烟气瞬时温度随时间的变化与实验相符合,计算出的烟气层高度也与实验相符合。通过数值模拟对室内机械排烟口的位置进行了优化选取,表明机械排烟口的不同位置对室内烟气运动有较大的影响。当火源位于房间地面中心时,在顶棚中心或左端中心实施机械排烟比在后侧墙处实施机械排烟可取得较好的排烟效果。这说明将排烟口布置在沿烟气运动趋势较强的路径且远离进风口处,可有效地控制室内烟气层的高度。     

通风不良室内火蔓延行为的大涡模拟

通风不良的建筑物室内发生的火灾具有很大的危害性.采用湍流大涡模拟方法,研究了通风不良室内火灾的烟气运动与火蔓延行为,得到了室内烟气温度、组分浓度、压力和速度等随时间的变化.在通风良好的条件下,计算得到的时均稳态的烟气温度与氧气浓度分布与实验相符合.在通风不良的条件下,模拟得到的烟气瞬时温度随时间的变化也与实验基本相符合,预报出了当氧气浓度消耗到较低程度时,火焰脱离壁面向通风口处移动的现象.     

基于元胞自动机的城市地震次生火灾蔓延模型

根据模拟复杂系统的元胞自动机,并利用其组成,构建了城市地震次生火灾蔓延模型.通过相关参数的初步量化,模拟了某小区的火灾蔓延,得到了大面积阻火要素,如道路、公园等对阻止火势进一步蔓延的重要作用,及风对火蔓延的重要影响,又考虑了消防扑救对控制火势蔓延的影响,为城市规划和震后火灾扑救提供参考.     

基于改进RABT升温曲线分析受火地铁隧道管片温度场

既有耐火试验标准升温曲线用于模拟地铁区间隧道火灾场景存在局限性。提出了改进RABT(IRABT)标准升温曲线模型,该模型基于既有耐火试验标准升温曲线,同时考虑了地铁区间隧道火灾的峰值温度、受火持时与升温速率等特征,且包含线性降温段,可设置降温时点,以描述实际火灾场景。采用结构抗火有限元分析软件SAFIR,对1/3缩尺地铁隧道管片的耐火试验进行了IRABT标准升温曲线下的数值模拟,获得了5种不同火灾工况下管片温度变化及截面温度场分布,所对应的IRABT模型分别为:峰值温度700℃与800℃,降温时刻为60min;峰值温度900℃,降温时刻分别为60、45、30min。模拟结果表明,进入降温阶段后,管片受火面20mm以上区域,温升仍将持续,且距离受火面越远,温升持续时间越长;距离受火面90mm以上至管片顶部,已没有明显降温段出现,该区域始终保持升温趋稳状态。降温开始30min后,受火面温度开始低于紧邻的管片内温度;受火试验结束的180min时刻,整个管片内部温度场峰值出现在距受火面40~60mm范围内。同一升温曲线降温时点越迟,则管片近受火面及顶面区域的最终温度越高。因此,对于实际地铁区间隧道火灾,应尽量在升温初期对火势加以有效控制,避免进入恒温传热阶段,可减轻管片混凝土传热破坏程度。该分析结果可为研究地铁隧道衬砌结构受火性能退化提供参考。     

我国古代消防史话

我国古建筑绝大多数以木材为主要材料,以木构架为主要结构形式,多采用松、柏、杉、楠等,其耐火等级低。古建筑中的各种木材构件,具有特别良好的燃烧和传播火焰的条件。古建筑起火后,犹如架满了干柴的炉膛,而屋顶严实紧密,在发生火灾时,屋顶内部的烟热不易散发,温度容易积聚,迅速导致“轰燃”。古建筑的梁、柱、椽等构件,表面积大,木材的裂缝和拼接的缝隙多,再加     

瓮丁村典型民居火灾动力学分析

翁丁村是我国典型的杆栏式古建筑群,为防止火灾在建筑间蔓延,当地传统风俗中形成了在发生火灾时拆除建筑茅草顶的防火技法。为验证这种防火技法的有效性并为后期试验提供理论依据,采用火灾动力学模拟软件FDS对典型民居进行了火灾动力学分析,获得了不同屋顶拆除时间火灾场景下的火灾热释放速率、热辐射通量和建筑间安全距离。在此基础上,结合理论分析给出了拆除屋顶的临界时间的理论计算公式,并比较了两种不同热辐射简化计算模型的计算效果。结果表明:在临界时间之前,即建筑火灾由燃料控制型转变为通风控制型之前拆除屋顶,可有效降低火灾发生时的热释放速率和热辐射强度,从而能有效地防止建筑间的火灾蔓延;由于房屋间距小,在临界时间之后才拆除起火建筑的屋顶,会导致火灾在建筑间蔓延;采用面源简化计算模型计算不同距离的热辐射通量,与计算机模拟的结果更为接近。     

大空间建筑火灾中钢梁的温升

大空间建筑火灾中,钢构件与火焰距离较近时需要考虑火焰直接热辐射对钢构件温升的影响。为了探究数值模拟中最合适的火焰辐射模型,运用ANSYS分别建立点火焰、圆锥体火焰和圆柱体火焰辐射模型,模拟考虑火焰热辐射的钢梁在大空间建筑火灾中的温升。并结合点火焰辐射理论及空气与钢构件的热对流和热辐射理论,获得钢构件大空间建筑火灾中的温升公式。运用MATLAB软件对该理论公式进行迭代运算,得到钢梁随时间变化的温度值。对比数值模拟结果与理论结果,发现用ANSYS模拟钢梁在大空间建筑火灾下的温升时,圆柱体火焰热辐射模型下的钢梁温升值与理论结果最接近。     

基于虚拟现实的建筑火灾模拟系统

提出了将虚拟现实技术应用于建筑火灾模拟的方法,在交互式虚拟环境中实现了基于火灾数值模拟的火灾场景模拟。根据火灾场模拟软件FDS的计算结果,控制虚拟火灾场景中火焰和烟雾的蔓延,使得虚拟场景中火灾的发展接近实际火灾的情况。模拟系统中通过纹理贴图和粒子系统等技术实现了逼真的火灾场景可视化。还介绍了实现灭火作战模拟和训员疏散模拟的技术细节。在以上方法的基础上研制了建筑火灾模拟原型系统,该系统可应用于电子消防预案制作、灭火作战演练、人员疏散演练、建筑性能化防火设计与评估,以及灾害条件下人的疏散行为研究等各个方面。     

基于数值模拟的建筑幕墙外保温系统的防火结构参数优化

建筑幕墙外保温系统火灾事故频发,火灾危险性大,其防火安全性能已成为社会关注的焦点问题。利用FDS软件模拟了不同宽度、不同位置防火封堵下幕墙保温系统的火灾蔓延情况,讨论了防火措施抑制火焰传播的有效性和可行性,并提出了最优的防火构造组合。模拟结果表明,当防火封堵的宽度达到100mm,防火隔离带的宽度为300mm时,系统已具有较好的防火性能。可将其设为防火构造设计的基准参数,供综合考虑实际工程的应用性和经济性参考。     

高层住宅建筑火灾应急疏散模拟与策略研究

为探索高层住宅建筑火灾疏散安全性及提升其疏散效率的策略,将某一栋26层装配式住宅为研究对象,采用Revit建立其物理实体模型,结合火灾模拟软件(Pyrosim)和疏散仿真软件(Pathfinder)对高层住宅建筑火灾疏散进行数值模拟,研究不同工况下火灾烟气蔓延特性对安全疏散的影响,并探讨电梯协同楼梯疏散策略的可行性与科学性。结果表明：考虑火灾烟气蔓延影响下,晚上高层住宅内人员将在8 min完成疏散,超过了安全疏散允许时间6 min;电梯协同楼梯疏散时,电梯的最佳停靠层为23层,使用电梯人员比例最佳为80%,疏散总时间约为6 min,相较于仅使用楼梯疏散时,疏散效率提升了约15%,表明电梯协同疏散效果提升显著,可为高层住宅应急疏散提供理论参考。     

通风状况对室内火灾过程影响的数值模拟

利用烟火运动场模型(FDS)模拟室内火灾过程,研究了通风开口大小对室内燃烧状况的影响,发现一定房门开度下,燃烧状况会发生周期性转换;利用线性拟合确定了房门处的最大质量流量m max与通风因子A√H间的比例系数.通过研究指出,房门突然打开后间歇出现的两次回燃现象,可能对进入房间灭火的人员构成严重威胁,在灭火实践中应该引起高度重视.     

喷水灭火过程中足尺钢框架房屋温度场试验研究∗

喷水灭火行为引起的火场局部温度骤降,有可能引起房屋结构破坏。为研究火灾及消防过程中温度场的分布和变化情况,设计建造了足尺钢框架房屋,根据实际火灾及消防场景设计火灾荷载和消防系统,模拟了真实火灾下窗户玻璃破碎和喷水灭火对火灾温度场的影响。试验过程中利用热电偶测量火灾及消防全过程的火场温度,得到了火场中不同位置的温度变化曲线。根据试验结果,并结合火灾动力学分析了火场温度的空间分布和变化规律。研究表明:火灾过程中,火场在垂直方向上存在明显的温度梯度,空气温度随高度增加而升高;框架平面沿水平方向越靠近起火点,升温速率越快,能达到的最高温度越高,垂直方向温度梯度越大;玻璃破碎增大了通风口面积,对通风控制型火灾的温度场有显著影响,靠近通风口处温度略有降低,而远离通风口的火场纵深处温度大幅上升;消防喷水能迅速抑制火场燃烧,降低火场温度,降温速率随喷水灭火时间增长而减小;开始灭火的短时间内,火源附近温度骤降,降温速率最高达到391℃/min。     

火源位置对凹型砖木结构古建筑火蔓延特性影响研究∗

为探究凹型砖木结构古建筑火灾蔓延特性,以某典型凹型古建筑为研究对象,利用 Pyrosim 软件进行物理模型搭建,研究不同火源位置对火灾蔓延规律的影响,以及在该过程中温度、能见度变化规律和 CO、CO₂浓度动态分布情况等。结果表明：不同火源位置对火蔓延特性影响较大,若引火源位于凹型古建筑西南角,相较西北、正北方向两个工况,热释放速率可高达 240 MW/s,应选择在该处设置多个感温探测器及自动喷淋系统用于火灾防范;若引火源位于建筑西南角,相较其他工况室内温度可达最高值 1 000 ℃,CO、CO₂浓度亦均达最值,且在垂直高度 1.67 m 处能见度下降速率达到峰值,人员需在 2 min 内全部疏散。该研究对于凹型砖木结构古建筑火灾防控、防灭火装置的合理排布及灾后人员高效、安全疏散具有重大意义和参考价值。     

基于FDS模拟分析的建筑大空间火灾下钢构件的升温确定方法研究

利用火灾动力学模拟软件FDS,模拟了大空间火灾作用下裸露钢梁及钢柱的升温情况。介绍了绝缘表面温度法的基本原理。通过对FDS模拟得到的钢构件不同位置处的绝缘表面温度与周围气体温度的比较,显示了大空间火灾中火焰辐射对钢构件不同部位升温计算的影响,并据此对大空间火灾作用下钢构件升温计算中入射热的计算问题给出了建议。