建筑火灾场模拟计算中的求解区域的确定——建筑防火性能化设计的若干问题探讨

建筑火灾的计算机模拟是建筑防火性能化设计的重要组成部分，场模拟是建筑火灾计算机模拟的主要方法之一。在建筑火灾计算机模拟过程中求解区域的取法将直接影响计算结果的合理性，求解区域的选择涉及边界条件的处理，本文通过对求解区域选取的举例说明和探讨，以求科学地认识和理解其在火灾计算机模拟过程中的重要性。     

区域消防安全评估关键技术研究

为了提高评估区域消防安全水平,本文介绍了基于抽样理论的火灾高风险场所样本量计算方法、仿真技术嵌合离散定位模型的火灾风险评估方法、区域地图精准处理和分析技术、现场检查数据智能采集技术等关键技术,区域消防安全评估指标体系建立的方法,提出了区域消防安全评估流程和实施控制要点,并以某城市为例进行分析,构建了一套完善的城市区域消防安全指标体系,为更广泛的进行城市区域消防安全评估提供了经验,具有一定的指导意义。     

火灾情况下竖井中性面多区域模型

建立了竖井侧向连续开缝和竖井侧向连续开缝及上部开口两种情况下竖井中性面位置的多区域模型,并根据火灾情况下竖井内温度的分布规律对多区域模型进行了简化。根据竖井内温度竖向分布,将竖井划分为多个区域,在Klote模型的基础上推导出竖井中性面高度。通过CFD数值模拟,将Klote模型、双区域模型及多区域模型与模拟结果进行对比,结果可知多区域模型误差最小。     

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.     

基于DBSCAN聚类的城市区域火灾风险计算方法——以深圳市盐田区为例*

为探究评估城市区域的火灾综合风险,提出空间聚类和层次分析法对深圳市盐田区2011年至2019年火灾数据进行建模分析。运用DBSCAN聚类模型对火灾地点进行分类,结合层次分析法构建火灾风险评估验证模型,探讨聚类结果、火灾场景、火灾原因构建系统层次结构模型,综合得出风险评估结果。通过将聚类区域还原至百度地图,结合场景信息及层次分析法指标值对模型的有效性进行验证。结果表明:由于各区区域功能及地理位置不同,区域火灾风险值有明显差异,模型计算出的4个区域结果与实际火灾情况具有一致性。     

FPSO系统火灾风险因素综合评价方法及应用北大核心CSCD

采用基于结构熵权和多属性理想现实比较分析的方法对浮式生产储油(FPSO)系统的火灾风险进行定性和定量分析。利用改进的结构熵权法对评估指标进行赋权,通过计算火灾风险因素实际评判矩阵与理想评判矩阵间的偏差度对其排序,以识别影响系统安全的关键火灾风险因素;通过与多准则妥协解排序法、逼近理想解排序法等方法的计算结果进行对比,验证该方法的合理性和优越性。结果表明,油气处理及储存区电气故障、特定危险区域误操作、特定危险区域明火、油气处理及储存区域碰撞或摩擦火花、油气处理及储存区明火是重要程度较高的5个火灾风险因素。     

船舶舱室火灾危险性评估方法研究

运用基于性能化仿真分析与统计理论耦合的火灾危险性评估方法,对船舶舱室火灾危险性进行评估。依据火灾动力学和火灾发展过程中不同阶段的特点,将火灾由初期、发展、蔓延到整个防火分区的过程划分为4个阶段,采用概率论和事件树的分析方法,得到了每个阶段的火灾成长概率。根据不同阶段火灾的特点,求得了各阶段火灾的临界时间,并以其为基础对火灾发生后船舶舱室平均过火面积进行了估计。计算结果表明,该方法通过对火灾过火面积的计算可以较直观地判断火灾的蔓延情况和对火灾控制较弱的设计环节。     

基于元胞自动机的城市区域火蔓延概率模型探讨

考虑建筑结构物震后可能发生的次生火灾的不确定性,给出解决问题的基本思路,构建了基于元胞自动机的城市地震次生火灾蔓延概率模型,指出元胞着火的概率与建筑物的特性和灾害条件有关,包括建筑材料、外墙是否有开口、与着火元胞的距离、地震对建筑的破坏程度以及气象条件等因素。模型通过设置没有开口的外墙以及道路和空地来区分单体建筑和建筑之间的火蔓延。该模型量化了影响火蔓延概率的因素,能快速实现城市区域火蔓延过程的动态模拟,特别适宜用于城市宏观角度上的火蔓延模拟。模拟结果再现了火灾过程,这不仅提高了人们对城市区域火蔓延危害的认识,而且为城市规划设计和消防扑救措施提供了有益的理论依据。     

对CFAST不同区域划分方法的分析

运用区域模拟CFAST程序,按照三种不同子区域划分方式对某二层商场进行火灾烟气运动模拟.结果表明,第三种子区域划分方法更加合理,即火源附近子区域划分的密集,远离火源边界区域划分的稀疏,所计算出的模拟结果也更加可靠,准确.     

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。     

火灾时期矿山通风巷道“特征环”与“关键环”的分布特征研究

为研究火灾时期矿山通风巷道风流的流动特性,基于水平巷道及火灾的物理数学模型,采用数值分析方法,研究分析火灾时期巷道内紊流充分发展截面上“特征环”与“关键环”的分布规律。结果表明:同一火灾强度和同一通风风速下,通风巷道内风速“特征环”分布特征分别存在临界风速值和临界火灾强度值;矿井火灾时期,通风风速与火灾强度均是影响巷道内风速“特征环”分布的关键因素;当巷道内通风风速大于或等于5 m/s时,火灾下风流平均风速点的位置可由正常通风时期的“关键环”特征方程进行计算。     

不同隧道坡度与车厢火灾位置情况下烟气蔓延特性研究*

为研究含坡度隧道不同火源位置情况下车厢火灾烟气蔓延特性,采用CFD数值模拟方法,建立全尺寸地铁隧道与列车数值模型,研究车厢不同火源位置情况下火灾烟气纵向温度分布规律,探讨倾斜隧道车厢火源位置对烟气蔓延的影响。研究结果表明:当火灾烟气蔓延处于纵向通风惯性力与热浮力竞争作用控制阶段时,火源位于车厢上游方向时火灾烟气向车厢方向蔓延距离小于火源位于车厢下游方向情况,且随坡度增大,火源位于车厢上游方向烟气逆流长度不断减小,位于下游方向烟气逆流长度不断增大;当纵向通风风速达到2 m/s时,火源位于车厢上下游方向2种情况下,列车车厢方向均无烟气蔓延（逆流长度为0）,此时火灾烟气蔓延将主要由纵向通风控制,隧道坡度无显著影响。     

开放与受限条件下电缆燃烧特性模拟对比研究

为对比研究开放与受限条件下的电缆火灾燃烧行为,采用CFD数值模拟软件建立了全尺寸电缆燃烧模型,同时考虑了不同间距对电缆燃烧特性的影响,并将开放与受限条件下的计算结果进行对比,分析了两种条件下电缆火灾中各工况的温度、O₂浓度。结果表明：开放条件下的电缆燃烧主要属于燃料控制型,而受限条件下的电缆燃烧主要属于先燃料控制型,后通风控制型。在开放条件下,氧气充足,燃烧更为充分,形成的火焰高度及温度更高,更容易引燃上方可燃物体;而在受限条件下,电缆火焰受到顶板限制形成的顶棚射流,会加强火焰对电缆的热辐射作用,有助于电缆燃烧。但由于侧壁的存在,电缆燃烧过程中的空气卷吸受到了一定的限制,由于通风不足,受限空间内的O₂浓度逐渐下降,电缆燃烧受到抑制,甚至熄灭,而随着空气的补充,电缆将可能出现复燃现象。此外,两种条件下电缆间距对燃烧的影响均较为明显,当间距较小时,燃烧电缆之间的影响显著,燃烧更为剧烈,而随着电缆间距增大,燃烧电缆间的相互热辐射减弱,更接近于单根电缆的独立燃烧,其中开放条件下相对更为明显。     

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。     

基于场、网模拟的地铁隧道火灾控风模式分析

为全面定量分析地铁火灾情况下人员疏散过程,基于网模拟和场模拟对地铁火灾环境的适应性,分析列车着火并滞留在隧道的不同控风方案的可行性,以天津1号线下瓦房站至南楼站之间的隧道为例,用网模拟技术模拟出隧道内风流状态,为场维模拟提供边界条件。以网模拟得出的火源相邻分支风速2 m/s为边界条件进行场模拟,得出的结果表明,列车车头着火并滞留在隧道中,人员在6 min的安全疏散时间内,从着火隧道经联络通道向相邻隧道疏散的情况下,着火隧道推拉式排烟,相邻隧道对送风为可行通风模式。     

岩鹰山隧道内天然气管道泄漏规律及通风方案研究

采用经典流体力学理论,以及计算流体力学（CFD）等方法相结合,对中缅油气 管线上具有代表性的岩鹰山隧道进行研究。用Fluent软件对岩鹰山隧道天然气管道泄漏 进行仿真模拟,利用Fluent模拟结果与泄漏源计算结果相结合,经过理论分析与数据拟 合,提出泄漏天然气充满隧道的时间计算模型,通过不同边界条件下隧道内天然气泄漏 扩散规律的模拟结果对时间模型进行验算并修正。利用计算流体力学（CFD）方法,研 究岩鹰山隧道在发生天然气泄漏事故后,单风机通风方案的效率,得出隧道通风优化方 案,方案内容包括最佳送风方式、布设水平位置、布设高度、布设间距。根据通风方案 计算结果对风机型号选取、以及隧道洞门设计提出了建议。     

十字平交通道不同排烟模式烟控效果的数值模拟研究

十字平交通道是主、辅通道在中间位置十字相交的一种较为少见的城市道路形式,火灾情况下烟气运动和通风排烟策略不同于常规意义上的公路隧道。采用FDS模拟软件研究辅通道三种通风排烟模式的烟控效果,综合考虑不同火灾规模、射流风机位置、射流形式等的影响作用。结果表明:辅通道单侧射流、两侧同向射流和两侧相向射流作用均存在最小临界风速。火灾规模为0 MW~30 MW,最小临界风速值随火灾规模变化关系为:Y=Y0+bX。两侧相向射流对应最小临界风速最大,烟气层结构破坏严重,火场温降效果最差;单侧射流和两侧同向射流对应的最小临界风速值较小且差别不大,结合工程实际情况,考虑单侧风机射流模式为较合理优化的烟控方式。     

区域模拟与巷道火灾一维烟流流动模拟耦合方法初探

针对目前网络模拟中对巷道火灾火源区域描述过于简单的问题 ,笔者提出了区域模拟与网络模拟相结合的方法 ,在理论上分析了二者耦合的可行性 ,并重点对火源部分的温度模拟结合进行了分析 ,从而为提高巷道火灾网络模拟的准确性和进一步完善巷道火灾计算机模拟提出了一种新思路。     

重载铁路隧道可燃物极大丰富条件下火灾温度场数值模拟

针对重载铁路隧道内重载列车运载大量可燃物贯穿整条隧道的情况,建立了500m双线重载铁路隧道模型,利用大涡模拟技术,采用数值模拟的方法探讨了可燃物极大丰富条件下重载铁路隧道内,不同初始火源功率、起火位置下可燃物(红松木)火灾蔓延规律,进而分析了重载列车起火后隧道内火灾沿纵向、横向的温度分布特点、变化规律及后果影响。结果表明:重载铁路隧道内重载列车一旦发生火灾,不同起火位置对火灾向周围的蔓延速度有着明显的影响,而当火灾发生大面积蔓延时,由于隧道内通风量受限,将最终形成两侧隧道口附近燃烧剧烈,而中部较长区域燃烧受到显著抑制的特点。这也导致了隧道内拱顶附近处的最高温度位置由初始火源正上方,沿纵向逐渐向隧道洞口移动,并最终稳定在两侧隧道口附近,同时隧道中部温度也发生大幅度降低,这种温度分布特征对隧道衬砌结构损伤及破坏将产生重要影响。