大空间中庭内热分层环境下环境温度对烟气上升高度的影响

根据稳定线性热分层环境下羽流积分控制方程,分析了温度因素对羽流中性浮力点高度和羽流最大上升高度的影响,在大空间实验室开展了一系列实验,采集环境温度,计算竖向温度梯度,利用摄像机拍摄并记录烟气层上升高度,通过实验数据对理论分析结果进行了验证。     

火灾过程羽流模型及其评价

总结了Zukoski(1)、Zukoski(2)、NFPA、McCaffre和Thomas-Hinkley几种常见的羽流模型和适用条件，运用算例对几种常见羽流模型的羽流质量流量、保持一定冷空气高度条件下的热烟气层温度和排烟体积流量进行了对比分析。结果表明，在冷空气层高度2m-3m时，各羽流模型的计算结果较为接近；在冷空气层高度较大时，小面积火源条件下Zukoski(1)、Zukoski(2)、NFPA三个模型的计算结果较为接近，McCaffre模型计算的羽流质量流最大；大面积火源条件下，McCaffre模型和Thomas-Hinkley模型相比，羽流质量流量大，热因气层温度最低，排烟体积流量大。在相同房间高度和地板面积条件下，羽流质量流量大则热烟气的充填时间短。     

室内火灾烟雾对微波衰减的影响研究

针对建筑室内火灾烟雾环境对微波信号的干扰问题,利用火灾标准实验间和微波实验装置,研究棉绳阴燃、聚氨酯明火等四种典型火灾烟雾对频率分别为600 MHz和2.7GHz微波衰减特性的影响规律。在有和无火灾烟雾环境下,对比分析入射波频率、烟雾浓度、烟雾类型对微波衰减的影响。实验结果表明,四种火灾烟雾对微波传播有明显衰减,且衰减量均随烟雾浓度的增加而增加,而衰减速率逐渐减小。频率以及不同特性类型的烟雾对微波衰减特性的规律不同。最后,计算并修正了室内火灾烟雾环境下微波衰减因子模型的衰减因子,提高了该模型在火灾烟雾环境下的适用性和准确性。     

车辆阻塞效应下隧道火灾烟气温度及烟气逆流长度变化规律研究

通过数值模拟方法对车辆阻塞效应下的隧道火灾烟气温度及烟气逆流长度的变化规律进行了研究。主要分两种车辆阻塞效应讨论:1辆设定大小车辆障碍物阻塞;2辆设定大小车辆障碍物阻塞,且在同一车道。通过改变火源高度、纵向通风速度探究了车辆阻塞效应下隧道火灾烟气温度及烟气逆流长度的变化规律。结果表明:两种车辆阻塞效应下,随着火源高度的升高,隧道内顶棚烟气温度的变化规律相同:随火源高度的升高而增大。2辆车辆阻塞下的隧道顶棚烟气温度略低;两种车辆阻塞效应下,随着火源高度的升高,隧道内烟气逆流长度的变化规律不同。1辆车辆阻塞下烟气逆流长度随火源高度的升高而增大,而2辆车辆阻塞效应下烟气逆流长度随火源高度的升高而减小。     

隧道与横通道交叉角对火灾烟气蔓延影响机制研究

为探索隧道与横通道交叉角对火灾烟气蔓延的影响机制，采用FDS数值模拟，研究横通道与隧道不同交叉角情况下火灾烟气温度、浓度、烟气层高度等的变化规律，建立开启火源下风向横通道时隧道内烟气最高温度修正公式，提出烟气纵向蔓延恢复长度的概念，并探讨其影响规律。 结果表明:隧道和横通道交叉角越小，隧道内同一位置烟气层高度越高，当交叉角由90°降低到30°时，烟气层高度最大增加32%；烟气纵向蔓延恢复长度与交叉角及通风速率呈正相关，而与火源功率几乎无关。研究结果对隧道通风排烟系统设计及相关标准的制定具有参考意义。     

隧道火灾烟气温度及蔓延速度衰减特性

在隧道火灾烟气内部温度竖向分层的条件下,利用理论分析和数值模拟研究隧道横截面烟气平均温度沿隧道纵向的衰减特性,并量化其对烟气瞬态蔓延速度的影响。在同一隧道截面上,某点处烟气温度随着该点与隧道顶棚之间距离的增大而近似呈线性降低。理论分析表明：将上述温度分层特性考虑在内之后,烟气通过侧壁的热损失比传统算法减小一半。烟气温度与蔓延速度沿隧道纵向的衰减率主要受烟气流量及壁面换热系数的影响;在确定烟气流量时不仅需要量化羽流产烟量,火源附近密度跃变卷吸空气量约为羽流产烟量的10%;烟气与壁面的换热系数不是常数,而与烟气蔓延速度成正比。基于以上分析建立不同截面处烟气平均温度的理论模型,并根据蔓延速度与浮力通量的内在关系,提出烟气蔓延速度预测模型;二者均随着烟气蔓延长度的增大而呈指数衰减。最后利用FDS研究不同火源功率条件下烟气温度和蔓延速度在隧道纵向的衰减率,理论模型与数值模拟的结果比较一致。     

火灾标准燃烧室相似模型试验箱设计及有效性研究

运用相似理论对火灾探测标准燃烧室建立1/10的相似模型试验箱,确定火灾试验所涉及的主要相似准则关系,并通过FDS数值模拟对其相似有效性进行分析.通过模拟试验,讨论火灾探测中关心的3m环及羽流中心线上烟气参数的变化及其相似性.模拟试验数据表明,在火灾研究误差范围内,该模型试验箱在烟气温升及运动特性上可以对原型标准燃烧室进行较好的模拟.     

高原火羽流温升特性与模型对比研究

针对高原地区火羽流中心线的温升特性,在3个小尺寸火源试验结果的基础上,将火源功率进行无量纲化,运用CFD模拟软件进行了大规模的数值模拟并对模拟结果进行了分析.通过将模拟结果与两大经典羽流模型Heskestad和McCaffrey预测模型进行比较,分析了这两大模型在高原地区低压低氧环境下的适用性,并对后者在海拔4000m高原处进行了修正,以满足其在高原地区的适用性.     

纵向风条件下隧道喷淋系统对烟气运动影响

基于FDS火灾模拟软件对不同纵向风速作用下隧道单喷淋与双喷淋灭火系统于烟气沉降作用研究分析。通过引入无量纲T/T_(aver)参数,对烟气层化强度和层化曲线进行分析。结果表明:喷淋系统对隧道降温作用明显,喷淋头位置、数量也会对烟气层的稳定带来影响,双喷头位于隧道两侧对烟气层稳定影响较小。同时风速大小会影响烟气层化强度和层化曲线,风速较低(0 m/sV≤0.5 m/s)时单、双喷淋工况烟气分层基本相同;当风速(1 m/sV≤2 m/s)时双喷淋层化强度最大、烟气分层效果更佳;当风速大于等于临界风速(V=2.3 m/s)时烟气层稳定遭到破坏,无明显分层现象。     

基于人员心理-环境因素的火灾疏散速度修正方法研究

为探究人在火灾环境下的行为心理对疏散效率的影响，基于火灾下人员行为心理特征具有复杂、抽象、难以直接量化的特性，通过模糊逻辑方法，应用模糊集合、模糊规则和隶属度函数量化人的行为心理，研究其对疏散速度的影响；考虑火灾烟气和群体行为对疏散的影响，通过对高层建筑火灾状况下的烟气进行数值分析，并运用公式法得出人员的疏散速度折减值；以某高层商业建筑火灾疏散为例，将修正后人员的疏散速度和疏散路径引入疏散分析并与未修正的结果进行比较。结果表明:未修正的商业建筑疏散时间为470 s，修正后的疏散时间为670 s，修正后的疏散时间更长，人员危险性更大。     

不同通风条件下柴油池火的实验研究

为了分析不同通风条件对柴油池火燃烧特性及引燃特性的影响,进行205 mm带水垫层柴油池火的引燃实验,通过对池火燃料的质量损失速率、火焰高度、温度及热辐射等的监测,分析通风环境中柴油池火的热传递规律。结果表明:当风速为0.5 m/s时,火灾进入旺盛阶段的时间提前,火焰平均温度最高;当风速为1 m/s时,风速的增加导致油池火的质量损失速率增加,位于主火源下风向的待引燃火源获得的热辐射通量增大,火灾旺盛阶段火焰的平均温度降低,火焰高度降低,下风向相邻油盘引燃的时间提前;1 m/s情况下,205 mm带水垫层柴油池火的安全间距需增加到1D以上;通风环境对池火发展及蔓延的影响是显著的,应适当加大下风向可燃物的安全间距,合理选择通风排烟风速,优化火灾应急救援策略。     

夏季大空间内火灾机械排烟效率的研究

采用全尺寸实验对夏季大空间内火灾机械排烟的效率进行了研究.实验过程中主要测量了火源功率和大空间内的烟气温度两个参数.通过分析大空间内烟气温度的分布规律,得到了机械排烟控制下不同火源功率的大空间内稳定的烟气层高度.根据Heskestad羽流模型计算了烟气生成速率,与机械排烟速率比较得到了夏季大空间内火灾机械排烟的效率.实验结果表明,在夏季大空间中,当火源功率不是很大时,大空间内外的温差使得外界补充进来的空气和火灾生成的烟气更加容易发生掺混,导致机械排烟的效率大大降低;按照规范规定的6次换气率进行排烟,在实验的300～1 000 kW的火源功率范围内,夏季大空间内火灾机械排烟的效率约为30%.火源功率的增大,在一定程度上削弱了空气与烟气的掺混,机械排烟的效率略有提高,但是提高的效果并不是很明显.     

船舶封闭舱室火灾烟气温度特性研究

封闭舱室火灾与开放空间火灾有很大的不同。通过在内尺寸为1m×1m×0.75m的舱室内的一系列不同油盘直径庚烷油池火试验,发现了烟气的循环卷吸现象,且发现舱内气体可以分为上部的密烟气层和下部的稀烟气层两层,此时传统的双区域模型对火灾的模拟不再适用。烟气温度的空间分布可以用一个分段函数来表示,密烟气层内部温度基本一致,温度与高度无关;稀烟气层内部温度随高度具有均匀的梯度,为高度的一次函数。同时,研究发现熄火时刻舱内的烟气温度分布符合波尔兹曼分布律,且与油盘直径无关,即与火源功率无关,满足统一的波尔兹曼方程,并就本实验参数条件下的温度数据给出了拟合曲线方程。     

隧道受限火灾合理纵向通风风速范围研究*

为探究公路隧道不同受限程度火灾的适宜纵向通风风速,基于FDS模拟分析5种纵向通风速度下不同近壁距离火源顶棚下方烟气最高温度的分布特性、烟羽流倾角及烟气分层状况,提出合理纵向通风风速范围。研究结果表明:在隧道中心线上近火源下游,顶棚下方的最高温度沿纵向均呈指数衰减。不同贴壁距离和纵向通风风速下,均出现烟气分岔流动,随着贴壁距离减小羽流撞击处温升、火羽流偏移角显著增加。当风速小于1.6 m/s时,火源上游出现大量高温烟气回流;而当风速超过2.4 m/s时,分岔流动现象越明显,各偏移角变小,火源下游逐渐后移的烟气层严重失稳。因此,不同受限程度下火灾合理纵向风速为1.6~2.4 m/s。     

Modelling of the plume rise phenomenon due to warehouse or pool fires considering penetration of the mixing layer

The present paper describes the theory behind the “plume rise from warehouse or pool fires model” as implemented in the software package EFFECTS. This model simulates the rising of buoyant plumes due to the density difference between the hot combustion products and the ambient air. The plume rise model calculates the maximum height at which the released material will be in equilibrium with the density of the air, and presents the resulting trajectory of the plume, including hazard distances to specific concentration threshold levels. These parameters will be determined depending on the wind speed, atmospheric stability class and the fire's convective heat production, leading to potential penetration of the mixing layer.Additionally, the penetration of the smoke plume through the temperature inversion layer is assessed. If the convective heat of production is sufficient to penetrate the mixing layer, the smoke plume will be trapped above the mixing layer. When this occurs, the (potentially toxic) combustion products do not disperse back below the mixing layer, thus, the individuals at ground level are not exposed to the harmful combustion products. If the convective heat of production is not sufficient to penetrate the mixing layer, the smoke plume may experience the so-called reflection phenomena which will trap the smoke plume below the mixing layer. This could have more dangerous consequences for individuals who then might be exposed to harmful combustion products at ground level.Moreover, this paper includes the validation of the model against experimental data as well as to other widely validated mathematical models. The experiments and mathematical models used for the validation are described, and a detailed discussion of the results is included, with a statistical and graphical comparison against the field data.     

火灾过程中羽流模型及其评价

总结了Zukoski(1)、Zukoski(2 )、NFPA、McCaffre和Thomas -Hinkley几种常见的羽流模型和适用条件 ,运用算例对几种常见羽流模型的羽流质量流量、保持一定冷空气高度条件下的热烟气层温度和排烟体积流量进行了对比分析。结果表明 ,在冷空气层高度 2m～ 3m时 ,各羽流模型的计算结果较为接近 ;在冷空气层高度较大时 ,小面积火源条件下Zukoski(1)、Zukoski(2 )、NFPA三个模型的计算结果较为接近 ,McCaffre模型计算的羽流质量流量最大 ,热烟气层温度最低 ,排烟体积流量最大 ;大面积火源条件下 ,McCaffre模型和Thomas -Hinkley模型相比 ,羽流质量流量大 ,热烟气层温度最低 ,排烟体积流量大。在相同房间高度和地板面积条件下 ,羽流质量流量大则热烟气的充填时间短     

受限空间近壁烟羽流准稳态温度场的实验研究

本文研究了受限空间近壁烟羽流的准稳态温度场。实验结果表明水平横截面上的温度分布近似于高斯分布,最高温度与到火源的距离之间的关系近似于非受限烟羽流中二者之间的关系,但两个系数不同。本实验得到c=7.3,n=-1.62。实验中还发现,当烟羽流的葛拉晓夫数Gr<2×10~(-7)时,烟羽流处于不稳定状态,同时给出了处于不稳定状态时的温度分布。     

喷淋对大空间喷头上方羽流特性的影响

基于经典羽流模型,通过全尺寸试验测量大空间喷头上方羽流中心线不同高度处的温度和速度,分析羽流中心线温度和速度的变化规律,并与经典羽流模型做比较,得出喷淋对大空间喷头上方羽流特性的影响。结果表明:喷淋启动前,羽流温度和速度随高度增加的变化趋势与经典羽流模型基本一致;喷淋启动后,各高度处温度显著降低,速度显著减小,温度随时间的变化趋势与喷淋压力有关,且温度和速度随高度增加的变化趋势发生明显改变。     

飞机货舱低气压环境对火灾探测参量影响研究

旨在为飞机货舱火灾探测系统设计和研制提供理论支撑,在飞机货舱环境模拟实验舱内开展了70kPa、80kPa、90kPa和100kPa下正庚烷火灾实验,分析了低气压环境对顶棚温度、烟气密度和气体浓度火灾探测参量的影响规律。低压下空气密度较小,卷吸系数减小,导致顶棚最高温升增加,顶棚温度衰减变快。同时,低压下烟气密度降低,并与压力呈指数关系,指数系数约为0.946,扩展了前人研究结果的应用范围。CO浓度最大值随压力降低而增加,且CO增长速率与压力呈负指数关系。CO2增长速率随着压力降低而略有减小。