CFAST软件在建筑物火灾区域模拟中的应用

传统的消防预案无法充分和直观地表现建筑物空间结构,火灾模拟可以在一定程度上满足对火灾预测的需求。运用CFAST 6.0.7区域模拟软件对某建筑物单层工程实例进行火灾模拟,得出了在烟气层下降高度、上部烟气层温度、下部烟气层温度及烟气层中CO含量等火灾参数随时间的变化情况,分析了该建筑物的火灾危险性,进行了安全评价,为消防人员制定火灾救援预案提供参考。     

室内火灾喷出和旋转火焰的实验和数值模拟

喷出火焰和旋转火焰是室内火灾火焰的两种常见存在形式。利用小规模室内火灾试验装置和FDS软件,对室内火灾喷出火焰和旋转火焰进行了实验模拟和数值模拟;根据模拟结果,提出了小规模室内火灾条件下喷出火焰根部温度估算公式,分析了室内火灾火焰旋转的机理及其引起热烟气层温度、地板辐射热通量等参数升高的原因。     

室内火灾升温速率的试验研究

在大量试验数据的基础上,通过分析室内火灾热烟气层温度的变化,研究了热烟气层的升温速率与内衬材料的热惯性、开口的通风因子、燃料面积及热烟气层温度本身等因素的关系,并对研究结果在实际消防工作中的应用进行了初步探讨。     

地铁车厢机械排烟和细水雾耦合灭火效果研究

采用火灾动力学软件FDS（FireDynamicSimulator），以封闭单节地铁列车车厢为研究对象，模拟分析不同喷雾速度、排烟量以及排烟启动时刻条件下，车厢内火灾热释放速率、烟气层高度、烟气层温度的变化规律，对细水雾和机械排烟耦合作用下地铁列车车厢火灾灭火效果展升研究。结果表明，喷雾初速度较小时，细水雾动作之后启动排烟系统的灭火效果更好；喷雾初速度较大时，细水雾动作之前启动排烟系统的灭火效果更好；同样的喷雾初速度条件下，增大排烟量町以提高烟气层高度和降低烟气层温度，排烟量过大可能造成火焰区的扰动，降低细水雾的火火效果。     

不同地铁车站吊顶形式对火灾烟气扩散的影响

针对实吊顶以及镂空率格栅吊顶装修形式的典型地铁车站站厅,采用大涡模拟的方法计算出不同镂空率吊顶在不同火源功率下的烟气层高度,分析评估镂空吊顶对烟气层沉降和温度分布。研究结果表明,火灾发生360 s内,格栅吊顶的蓄烟作用有助于将烟气层维持在安全高度,且随着镂空率增加维持烟气层在安全高度的效果越明显。但是镂空吊顶上方由于烟气温度较高,容易对吊顶内的各类设备产生危害。     

某校学生食堂火灾事故模拟

应用火灾模拟软件FDS(Fire Dynamics Simulator)建立某学生食堂的火灾事故模型,首先确定该食堂发生火灾时需要重点研究的区域,然后通过火灾模拟试验所得数据,分析烟气运动、温度的分布和能见度等因素对人员疏散的影响。结果表明,该模型能够有效模拟分析学生食堂火灾及人员逃生情况,且烟气层高度是决定疏散时间的主要因素。     

拉萨高原环境点型感烟探测器工程参数调整研究

气压对燃烧过程影响显著,常压环境下的火灾探测器标准不适用于高原环境.以高原环境下的点型感烟火灾探测器为研究对象,根据合肥及拉萨两地的国标探测器正庚烷标准火测试对比试验,研究高原环境对火灾烟气及点型离子、光电感烟探测器响应规律的影响.结果表明,对于相同火源,光电感烟探测器在高原环境下的响应明显弱于常压环境,而离子感烟感测器所受影响相对较小.依据试验结果,提出高原环境下点型感烟探测器的工程参数调整建议.     

钢筋混凝土梁桥火灾高温安全评价

综合考虑火灾高温下影响钢筋混凝土结构性能的参数,利用数值模拟程序分析火灾高温下钢筋混凝土矩形截面梁的温度分布,研究了保护层厚度对ISO 834标准火灾升温过程中钢筋混凝土矩形截面梁极限弯矩的时变效应规律.在此基础上,建立了钢筋混凝土梁桥火灾高温安全评价模型,提供了相应的计算方法,分析了不同温度下钢筋和混凝土的弹性模量损伤度及强度损伤度,对火灾高温下不同时间钢筋混凝土梁桥安全指标实现了量化归类.结果表明:在火灾高温作用下混凝土弹性模量比其相应强度更容易损伤,损伤速率大;火灾时间和保护层厚度对钢筋混凝土梁极限弯矩和安全等级有较大影响;火灾高温超过40 min后,梁的极限弯矩直线下降,100 min左右,可达严重损伤;钢筋混凝土梁极限弯矩随保护层厚度的增加呈线性递增关系;提高混凝土保护层厚度,可有效提高火灾场钢筋混凝土梁的耐火极限和安全等级.     

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     

高压电力电缆隧道火灾早期预警判据的实验研究

我国城市架空高压电力线路已逐渐下地进入电缆隧道,其中的火灾防控系统是保护整个电力输送安全与稳定的重要一环。搭建了高压电力电缆隧道火灾烟气模拟与测量实验平台,针对电缆受热着火燃烧的典型工况,研究了隧道两端不同开口状态下的顶棚各位置CO浓度、CO2浓度、烟颗粒浓度和温度的变化特征。结果表明,顶棚位置CO浓度和烟颗粒浓度可作为火灾早期预警的优选标志性参数,而CO2浓度和温度较不适合。设定CO浓度和烟颗粒浓度的预警阈值分别为10 ppm和0.05 dB/m,各顶棚位置均可实现报警,各工况下,不同顶棚位置报警时间呈以火源正上方探头为最早报警的V字形分布。此外,电缆隧道两端的开口状态对隧道内CO和烟颗粒运动产生一定影响,进而影响不同预警参数的响应灵敏度,即两端开口时,CO浓度预警模式更早响应,而两端关闭时,烟颗粒浓度预警模式更早响应。研究结果对高压电缆隧道火灾预警系统的设计具有指导作用,也可为未来高压电缆隧道的相关预警标准提供基础。     

Strength reliability analysis of aluminium–carbon fiber/epoxy composite laminates

Strength reliability of composite laminated structures relates to a series of parameters such as the design sizes, material parameters and load level. By introducing the Monte Carlo simulation and response surface method respectively, a static strength-based reliability model is proposed to predict the reliability of aluminium–carbon fiber/epoxy composite laminates for composite vessels. The burst pressure of composite vessels for different layer structures is predicted using finite element analysis. In the reliability analysis, two design parameters for composite vessels: the radius of polar axis and the winding thickness of each composite layer at the cylinder are assumed to obey the uniform distribution and Gaussian distribution respectively, and the burst pressure of composite vessels is taken as the random output response. Effects of the number of sampling and the limit strength on the strength reliability of composite vessels are explored. Besides, the numerical results obtained using two methods and two distributions for two random input parameters are compared in terms of the calculation efficiency and accuracy. Numerical results also indicate the proposed probability method exhibits preferable advantage over the conventional design method merely using empirical safety coefficient.     

热障效应对有顶步行街自然排烟的影响

为了研究热障效应对有顶商业步行街自然排烟的影响,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对不同高度及不同环境温度条件下有顶商业步行街自然排烟时顶棚附近的温度、能见度以及排烟效率进行了分析。结果表明:顶棚附近环境温度越高,自然排烟效果越差,自然排烟效率随顶棚热空气温度的升高呈现线性降低趋势;步行街高度越高,竖直方向的温度差越小,到达顶棚的烟气流速越小,排烟效率越低;当顶棚附近环境温度为45℃时,有顶商业步行街高度不宜超过35 m。     

挡烟垂壁作用下狭长通道内烟气输运特征研究

为揭示挡烟垂壁对狭长通道火灾烟气特征及温度分布的影响,运用火灾动力学软件FDS,研究了狭长通道内不同高度挡烟垂壁下火灾烟流运动行为,重点探讨了密度跳跃过程及近火源区烟气特征参数变化。结果表明:挡烟垂壁增加了密度跳跃中翻滚区的长度,缩小了卷吸空气范围,造成烟气质量流率相应减少;挡烟垂壁对烟气垂直速度分布的影响主要作用在挡烟区,且与垂壁高度有关;垂高大于0.3 m,受挡烟垂壁高度影响,在垂直高度1.5~2 m位置出现一定速度的烟气逆流,速度分布曲线呈现与无挡烟垂壁不同的凹陷区,非挡烟区烟气垂直速度服从高斯分布;与无挡烟垂壁相比,挡烟垂壁上游顶棚附近温度普遍增高,下游温度衰减速率随挡烟垂壁高度的增加而加快。     

纵向通风对隧道竖井排烟影响的模拟研究

通过开展小尺寸实验以及FDS数值模拟实验,研究纵向通风对不同高度竖井的排烟影响并确定最佳通风风速。通过分析纵向通风风速、竖井高度对吸穿现象、边界层分离的影响规律,讨论了吸穿现象的临界条件。小尺寸实验中纵向通风风速考虑了0.096 m/s、0.226 m/s、0.356 m/s、0.485 m/s、0.629 m/s五种工况,竖井高度考虑了0.133 m、0.2 m、0.333 m、0.533 m四种工况。实验结果表明:当纵向通风风速为0.096 m/s、0.226 m/s、0.356 m/s(对应实际风速0.37 m/s、0.87 m/s、1.38 m/s)时,可抑制吸穿现象,但烟气边界层分离现象随着风速的增加而加剧。吸穿现象临界判据F_(critical)=1.5在本文所测试的纵向通风条件下不再适用,但Ri′_(critical)=1.5依然适用。数值模拟结果表明:当竖井高度为1 m、1.5 m、2 m时,排烟量随纵向通风的增加而降低,而当其为3 m、4 m、5 m时,排烟量先上升后降低,在测试风速为1.5 m/s时达到最高值。     

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。     

中庭机械排烟系统的实验研究

本文是国家科技进步重点项目“失火中庭烟气控制”(No-98-04-03)的一部分。文章采用正交实验法，对影响中庭机械排烟过程中烟气层高度的排烟量，火源释热速率，排烟口及排烟口各因素之间的交互作用等因素进行了研究。实验表明：排烟量大小，排烟口数量和火源释热速率对烟气层高度的影响特别显著；排烟口间距，排烟口间距与数量的交互作用以及排烟口位置对烟气层高度有明显影响；排烟口大小，排烟口数量与位置，数量与大小，间距与位置．间距与大小，位置与大小之间的交互作用确影响不明显。     

富水砂层刚度参数敏感性分析及地表沉降预测*

为了在富水砂层地铁盾构施工中保证施工安全，控制地表沉降是其重要措施。依托福州地铁盾构工程项目，利用正交试验方法，使用有限元软件Plaxis 3D建立25个数值分析模型，采用反分析的方法，确定富水砂层土体硬化模型(Harding Soil model)主要刚度参数之间的关系；通过对各刚度参数进行极差分析与方差分析，确定土体硬化模型各刚度参数敏感性和显著性，建立刚度参数与地表沉降的数学模型。研究结果可以较好地对最大地表沉降进行预测，为富水砂层参数优化和盾构施工地表沉降预测提供理论基础。     

水幕与排烟系统协作下隧道火灾烟气防控研究

为优化选择水幕和机械排烟系统作用下最佳防排烟方式，运用FDS数值模拟方法探究排烟速率和水幕与排烟口间距对烟流分布的影响，并对11组模拟工况下排烟效率和烟气特征参数变化规律进行研究。结果表明:20 MW的火源功率下，排烟速率为60 m3/s、水幕与排烟口间距为12.5 m时，排烟效率较高且烟气特征参数满足安全要求，考虑防排烟的有效性和经济性，可选其为最优防排烟组合方式。研究结果对防排烟系统的设计具有指导意义。     

固体燃料烟点测量装置的研制

本文介绍了最近研制的一种用于固体燃料烟点测量的装置及配合烟点准确测定而开发的烟粒监测系统,并就PMMA材料进行了测试。本项研究为固体燃料的火焰高度及烟点的测量,首次提供了合理、可行的技术方法。