有风条件下室内火灾自然排烟模型试验研究

采用缩尺度试验方法对有风条件下室内火灾自然排烟过程准稳态进行研究,分析不同补气口、排烟口位置和风向对排烟效果的影响。试验结果表明:将补气口设在迎风面,排烟口设在背风面或侧风面时将获得比没有环境风时更好的自然排烟效果;而在其他情况下,环境风将通过减小排烟口处内外压差以及对室内烟气层产生扰动来降低自然排烟效果。在设置建筑自然排烟系统时,应综合考虑火灾具体情况以及当地风速条件,选择对自然排烟有利的排烟口与补气口位置组合,以提高自然排烟的效果。     

大空间建筑自然排烟烟流逆转现象理论分析

为了研究不同强度逆向自然风对建筑自然排烟系统排烟效果的影响,以某音乐厅为例,理论分析并数值模拟2.5 m/s、10.0 m/s逆向自然风对该建筑自然排烟效果的影响。结果表明:理论分析结果与数值模拟结果相吻合,当自然排烟受2.5 m/s的逆向自然风影响时,烟囱效应产生的热压(8.76 Pa)克服自然风产生的逆向风压(3.00 Pa),烟气可以通过排烟窗排至室外。但当自然排烟受10 m/s的逆向自然风影响时,烟囱效应产生的热压(8.76 Pa)不足以克服自然风产生的逆向风压(48.00 Pa),烟气在逆向风的作用下出现烟流逆转。因此,大空间建筑采用自然排烟方式时应考虑烟流逆转现象,排烟窗应尽量避免迎主导风向侧布置。     

火源功率对竖井负压控烟效果影响的实验研究

基于竖井的烟囱效应原理,利用小尺寸实验台开展了一系列实验,通过改变油盘的尺寸,对竖井内的烟气温度、压力、速度以及通风口处的压力、气流速度进行测量,研究了火源功率对房间利用竖井进行负压控烟效果的影响。实验结果表明:一方面随着火源功率的增大,室内温度升高,热烟气形成的热压增大,使烟气向外膨胀;另一方面,竖井底部的烟气温度升高,竖井底部的负压值增大,烟囱效应增强,排烟速度增大,新鲜空气补入的速度增大,逐渐抑制住烟气从通风口向外溢出,达到了负压控烟的效果。     

环境风作用下室内火灾自然排烟研究

以双区模型思想为基础,对环境风作用下建筑室内火灾自然排烟过程进行理论分析和数值模拟研究。引入风压系数计算环境风对建筑各外表面形成的附加风压,在此基础上对排烟口和补气口处内外压差进行分析,同时对烟气流动分别进行质量和能量守恒分析,建立了有风条件下水平自然排烟口烟气质量流率的数学表达式,并给出了烟气层高度和温度的理论计算方法。实际采用水平自然排烟系统时,应对补气口位置进行合理选择,尽量选择处于迎风面的补气口进行自然补气,使总风压系数为正,以提高排烟效率。     

高层建筑利用竖井排烟的全尺寸实验研究

通过开展全尺寸实验,对不同竖井高度、火源功率下,室内、补风口、竖井的温度变化,以及补风口、竖井内速度变化进行分析研究。结果表明:竖井内温升随距离竖井底部距离增加呈指数规律衰减,竖井内排烟速度随距离竖井底部距离增加逐渐减小。火源功率一定时,竖井高度增加,烟囱效应增强,控烟效果变好,当竖井高度由2.8 m增加至5.6 m时烟囱效应增加最显著;火源功率增大,烟囱效应也增强,但室内热压力的增大不利于补风口控烟,需适当提高排烟竖井高度或减小补风口面积。     

基于贝叶斯方法的竖井中性面模型参数不确定性研究

随着高层建筑越来越多,其发生火灾的风险也越来越大,火灾烟气是导致火势蔓延和人员伤亡的主要原因,因此高层建筑防排烟设计问题可谓重中之重。建筑中性面的性质决定了其在防排烟设计中的关键地位,通过对建筑中性面位置的研究来优化建筑防排烟设计,减少火灾烟气对人和建筑的危害具有重要的意义。在前人工作的基础上,利用场模拟的方法得到样本值,并引入贝叶斯概率方法量化模型参数的不确定性,分析了竖井结构单一参数的不确定性对中性面位置分布的影响。旨在为火灾安全工程设计和竖井模型实验台设计,以及建筑竖向通道防排烟设计提供一定的参考。     

多层建筑火灾烟气运动和回燃的数值模拟研究

为了解多层建筑火灾的蔓延发展和烟气运动,应用大涡模拟(LES)方法对多层建筑火灾发生过程进行数值模拟分析,模拟不同工况下走廊和各楼层中火灾烟气运动和温度的变化情况.尤其针对内部含有竖井的多层建筑,考虑到烟囱效应对火灾发展和烟气蔓延的影响,分别设置自然排烟和机械排烟的实验工况,分析电梯间通风口在自然排烟和机械排烟状况下火灾的发展和烟气运动.通过分析温度和能见度数据,发现合理安排机械排烟能够争取更多人员逃生时间.对于多层建筑火灾中发生的回燃现象进行了原因分析.     

排烟口设计对排烟效果影响的模拟研究

通过FDS模拟计算,考察烟气稳定性、烟气溢流厚度、烟气溢流量和机械排烟效率等参数研究排烟口高度的变化和排烟速率的变化对排烟效果的影响.研究结果表明:排烟效果随着排烟口位置的升高而逐渐变好,排烟口与蓄烟池下沿的垂直高度在0.8 m以上效果最好;排烟速率宜适中,过大容易导致烟气层紊乱,过小则控制烟气溢流效果不好并且排烟效率不高.     

通风条件对热塑性材料燃烧行为影响的试验研究

热塑性材料燃烧过程中,固体壁面火和液体油池火同时存在且相互影响.为了研究通风条件对受限空间内热塑性材料熔融流动燃烧行为的影响,选择5 mm厚的聚丙烯板材作为研究对象,设置了6种不同的通风条件,在ISO 9705标准燃烧室内,进行了一系列的大尺寸燃烧试验.试验过程中测量了热释放速率、CO体积分数以及温度场等火灾动力学参数.考虑到通风口宽度变化与高度变化的区别,引入了通风口位置高度的无量纲因子.结果表明,通风条件对热塑性材料的火灾规模有一定影响,并且通风口高度变化的影响比宽度变化的影响更显著.燃烧过程中,热释放速率峰值与修正后的通风因子呈线性关系.     

大空间设置上、下悬窗自然排烟效果对比研究

为研究大空间设置上、下悬窗自然排烟效果的差异,采用FDS软件针对某大空间在不同开窗形式、环境风下室内温度、能见度、CO浓度和烟气蔓延规律进行分析.结果 表明:无风时,上、下悬窗均能够有效排烟,但下悬窗总排烟量比上悬窗高出30％,开下悬窗时,室内温度安全区域的临界高度比上悬窗高出27％,能见度安全区域的临界高度比上悬窗高...     

自然通风消除热源厂房热害的数值模拟与实践

在有余热余湿的厂房 ,大多采用自然通风。笔者采用k ε紊流模型 ,对某钢铁公司二高线厂房自然通风消除热害进行了数值模拟。将生产线上的散热量作为能量方程的附加源项 ,计算厂房内的速度场和温度场 ,优选出了该热源厂房的通风改造方案 :进风口的标高降低 2m ,在操作平台上设置开孔率为 30 %的通风栅栏板。通过对通风改造前、后厂房内温度实测值的对比 ,厂房工作区平均温度下降 5℃ ,风速由原来的平均 0 .2m/s增加到 1.6m/s,厂房内作业区的热环境有明显改善 ,防止了因热环境问题造成的安全事故 ,提高了工人的生产效率。     

超高层住宅楼的内天井尺寸对自然排烟影响的数值模拟研究

火灾时超高层住宅楼的内天井会形成"烟囱效应",烟气可能通过面向内天井的开启窗户进入四周住宅。利用FDS数值模拟的方法研究火源位置、火源功率和内天井的高度、长度对超高层住宅楼内天井自然排烟的影响。研究结果表明:火源位于内天井四周某住宅时,若住宅内喷淋系统有效,内天井四周其它住宅不会达到危险状态。火源位于内天井底部时,4.0MW的火灾可能会使内天井四周其它住宅受到火灾烟气影响,达到危险状态,此时内天井四周其它住宅到达危险时间与内天井高度满足二次增长函数,到达危险时间随高度的增加趋于稳定。内天井长度d存在临界值,d≤10m时到达危险时间与内天井长度满足二次增长函数;d10m时到达危险时间接近稳定值。     

基于COMSOL软件下办公建筑室内通风分析

自然通风不需动力设备,不消耗动力,是一种经济节能的通风方式。建筑通风应优先利用自然通风。窗户尺寸、开窗面积比例,窗户高度都是自然通风的影响因素。本研究利用COMSOL Multiphysics的CFD模块,以数值模拟的方式对不同窗户尺寸、开窗面积比例、窗户高度的办公建筑进行室内自然通风模拟,分析自然通风对这些办公建筑内的气流和温度的影响,得出窗户尺寸为900 mm×1500 mm,窗台高1100 mm,满窗通风的方案最符合办公室自然通风要求,该分析结果可为建筑设计提供参考依据。     

工业厂房自然通风的数值模拟及结构改进

采用计算流体动力学(CFD)技术(方法)对某钢铁厂房的自然通风过程进行数值模拟研究。采用Realizable k-ε湍流模型及DO辐射模型对该工业厂房的流场和温度场进行了数值计算,其计算结果与文献中实验值的对比吻合很好。在该基础上,进一步对热源分布和进风口、天窗排风口结构对自然通风效果的影响做了计算,结果表明:适当的减小排风口高度以及缩短生产线热源的间距等能够在一定程度上改善自然通风的效果。研究成果为工业厂房自然通风系统的设计提供了理论参考依据。     

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。     

纵向排烟与集中排烟下烟气控制效果的对比研究

以某特长公路隧道为研究背景,采用缩尺寸试验测试、数值模拟的方法分别对纵向排烟和集中排烟模式下隧道内火灾烟气的蔓延特性进行了研究,并对比分析了两种排烟系统在火灾工况下对烟气的控制效果。结果表明,纵向排烟模式将火灾烟气控制在火源下游并从隧道出口排出,高温烟气蔓延范围较长;集中排烟模式通过排烟阀将烟气抽离行车道,有效地控制了烟气蔓延和沉降,高温烟气维持在行车道的上部空间,主要通过竖井排出隧道。采用纵向排烟模式的坡度隧道烟气控制受烟囱效应影响较大,而在设置排烟道的坡度隧道中,将排烟阀开启进行自然排烟就能有效地减弱烟囱效应。因此,采用集中排烟模式的防灾安全性能要优于采用纵向排烟模式。     

高校宿舍楼火灾及人员疏散数值研究

为研究高校宿舍火灾烟气蔓延过程与人员疏散效果的相关联系,利用数值模拟研究了不同火灾场景下烟气流动、能见度、温度随时间变化的规律,及其对人员安全疏散的影响。研究表明:(1)火灾发生后,由于烟囱效应,烟气迅速在楼梯间蓄积,形成蓄烟池效应,堵塞疏散通道,然后逐渐发展至上部的楼层空间,对人员安全疏散极为不利;(2)高校宿舍楼人员较为集中,火灾发生时疏散人员在楼梯间易出现拥堵,人员火灾安全疏散的形势较为严峻;(3)喷淋、宿舍人数控制、建筑结构优化等安全措施能有效提高人员疏散效果,降低火灾危险性;(4)研究成果能为建筑防火设计、消防整改和宿舍管理提供科学依据。     

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。     

装置进气口宽度对不同尺寸油盘火旋风燃烧特性影响的研究

为探究进气口宽度对火旋风燃烧特性的影响，利用自然驱动的四面边墙夹缝式装置对不同进气口宽度使用１５０，２００，２５０ mm 3种直径进行实验研究。由燃料质量随时间变化曲线得出准稳态阶段火旋风的质量燃烧速率；利用摄像机记录火焰的连续图像并获得火焰高度。结果表明:针对实验室小型火旋风（150~250 mm），在进气口宽度为35 mm左右时，火旋风的燃烧速率最大，即火旋风的燃烧强度存在1个最佳的进气口宽度；当火焰高度达到最高时，环量也存在1个临界值。