建筑物通道内火灾烟气运动的数值模拟

发生在各种长通道内的建筑火灾受到人们越来越多的关注.研究此类火灾烟气运动的特点,对于发展火灾烟气控制技术,减少烟气对人员的伤害具有重要的意义.应用场模拟方法,对有自然通风的建筑物通道内的火灾烟气运动进行了数值模拟.模拟得到的通道内烟气温度的分层分布与实验数据基本相符合,烟气对环境空气卷吸量的计算值也与已有经验关系式的结果相一致.利用数值模拟还研究了释热率对通道内火灾烟气运动的影响.结果表明,在有自然通风的条件下,释热率的增大对通道上层热烟气的温度和速度有较明显的影响,导致火灾的危害性变大.     

自然通风下高层建筑条形走廊烟气控制的研究

运用长廊型风洞为实验模型,通过实验与模拟对比的方法,应用FDS软件,模拟研究自然通风下走廊中常见几种烟气控制模式的效果。分析比较各个模式下温度、烟气浓度等的模拟结果得出,在有自然通风下,挡烟垂壁在火灾初期对延缓烟气扩散效果明显,随着火灾的发展,挡烟垂壁几乎没有效果。采用机械排烟后,走廊内温度与烟气浓度均有明显下降,火灾初期走廊内平均温度明显降低,在火灾后期走廊内烟气浓度降低明显。在排烟量不变情况下,采用两个排烟口比单个排烟口排烟效果更好,240s时走廊内CO2浓度相比下降21%。在前室门口设置防烟空气幕可以防止烟气进入前室,利于人员疏散并大幅降低走廊内烟气浓度和温度。开启两个排烟口和挡烟垂壁,结合前室门前设置防烟空气幕,可以达到最好的烟气控制效果,240s时走廊内CO2浓度下降59%,CO浓度下降58%。     

长廊型高层建筑烟气组合控制模式的比较分析

为研究长廊型高层建筑中常用烟气组合控制模式的效果,以一幢17层的长廊型高层建筑为研究对象,设计了8种烟气组合控制模式,包括设置挡烟垂壁、机械排烟口、加压送风口及防烟空气幕,并采用计算机模拟软件FDS进行模拟分析,以得到最佳防排烟设计方案。同时,进行相关实体试验来验证模拟的正确性。结果表明,有防烟空气幕的控制模式可以很好地阻挡烟气并控制烟气的扩散,且最佳烟气控制模式是在走廊段中部设置1个排烟口及挡烟垂壁,前室门前设置防烟空气幕并在前室内设置正压送风口。研究表明,这种模式不仅可以及时排除烟气,还可以形成一个较大的缓冲区域,阻止烟气进入疏散通道,保证人员安全疏散。     

建筑物条形走廊烟气运动特性研究

建筑物走廊是火灾时人员疏散的必经之路,了解走廊烟气的运动规律,对人员疏散与救援具有重大意义。本文对走廊内的火灾烟气进行了数值模拟,得出了不同排烟场景下走廊烟气质量分数及烟气温度的分布情况。研究表明:挡烟垂壁在火灾初期能有效地阻止烟气蔓延;由于其蓄烟作用,应该将其设置在走廊中部。但随着火势的不断扩大,挡烟垂壁效果逐渐减弱,此时必须增设机械排烟机才能及时排出烟气。对比不同机械排烟场景可知,为达到更好的排烟效果,机械排烟口应该设置在挡烟垂壁上游。最后将模拟结果与实验结果对比,验证了本文结论的正确性。     

水喷淋对火灾烟气蔓延的数值模拟分析

通过建立单房间典型学生宿舍模型,采用FDS软件就水喷淋对火灾烟气流动扩散的影响进行了数值模拟研究,研究了无喷水装置、安装下垂型喷头、安装边墙型喷头、同时安装下垂型和边墙型喷头四种情况下火灾烟气的流动规律。重点分析了自动喷水灭火系统对烟气的温度、CO2(二氧化碳)浓度、O2浓度、烟气浓度以及能见度的影响。研究表明:在某些场景中,同时安装下垂型和边墙型喷头能更有效地降低烟气温度,并能在一定程度上控制CO2浓度及O2浓度,为建筑物内合理的安装自动喷水灭火系统提供依据。     

建筑火灾烟气中CO迁移规律的FDS模拟

以T型"侧间-走廊"典型建筑火灾为模拟对象,分析烟气在走廊中的水平和垂直流动特征,并对火源房门高低、走廊端头启闭和多房门启闭等场景使用火灾模拟软件(FDS)进行了模拟和远距离房间CO浓度的迁移规律的分析。结果表明:烟气从火源房间经拱腹溢出在走廊中形成受限空间的顶棚射流;门檐高度决定了CO能够在走廊中的迁移量;烟气在走廊远距离封闭端头形成上部的热烟气层,中部回流层和下层的补气层;其中中部烟气回流层的高低、流速和CO浓度是影响临近非火源房间CO浓度的重要因素。走廊启闭和多房门火灾场景的模拟结果也进一步证明了CO的迁移规律。     

火源位置对L型管廊电缆火灾影响规律的数值模拟研究

选取某城市L型综合管廊电缆舱为研究对象,采用FDS数值模拟软件研究了不同火源位置对L型管廊电缆火灾温度纵向衰减规律、烟气浓度分布规律及烟气危害性的影响。研究结果表明,L型廊道构型影响了不同火源位置的管廊电缆火灾最高温度纵向衰减的连续性,基于热边界层理论提出了适用于L型管廊的二维平面最高温度纵向衰减模型。基于峰宽时间计算了L型管廊火灾的烟气总危害性参数,不同火源位置的烟气危害性总在靠近管廊节点位置处最低。这些结果可对综合管廊的消防设计与火灾防控提供参考。     

长走廊内烟气组合控制的数值模拟与试验研究

为研究适用于高层建筑火灾中烟气控制的组合控制模型,提出通过设置防烟缓冲区来改善传统前室正压送风系统,并且与其他烟气控制方式相结合建立组合模型。设计并实施狭长走廊建筑的火灾烟气全尺寸风洞试验;在试验基础上,采用Fire Dynamic Simulation(FDS)软件模拟该风洞在相同试验条件下的火灾现象,对模拟结果和全尺寸试验的数据进行比较分析,发现2者规律吻合,且平均温度误差率为4.08%,验证所建模型的合理性。研究结果还表明在与防烟缓冲区组合中,30 m内走廊段只需设置一个排烟口,且排烟口位置以靠近火源为宜,其排烟效率为72.1%;此外还需要在排烟口后增设挡烟垂壁,来加强排烟效果,从而达到组合模型的最佳烟气控制效果。     

地下车库火灾烟气扩散规律的数值计算与实验

为了准确预测火灾烟气运动情况,基于SGS湍流模型与大涡模拟相结合的方法预测地下车库中火灾烟气运动规律,采用简单化学反应模型处理地下车库中小汽车火灾的复杂燃烧过程,采用P-1模型计算烟气运动过程中的热辐射传递。设定了5种不同的计算工况,采用数值计算的方法得出火场烟气、温度分布情况;对其中的部分工况进行了实体火灾实验,并与计算结果相对比。研究结果表明:开启机械排烟比只依靠自然排烟时火场温度上升快,但是在稳定燃烧阶段温度相对较低;当火源功率为2MW时,仅依靠自然排烟时火场能见度为2m,当火源功率为4MW时,考虑机械排烟时火场能见度为10m,低于规定值;数值计算和实验结果一致性较好,说明采用的计算模型合理。     

室内准稳态压力火灾烟气沉降模型的改进和实验验证

对室内火灾及烟气的研究给消防工程领域带来了诸多益处,如疏散时间预测、基于性能化的设计分析等。Zukoski (Fireand Materials,1978,2(2): 54-62)在室内火灾烟气运动的开创性研究给出了基于质量和能量平衡的理论方法,为后续研究奠定了基础。然而实验发现,由于忽略热损失偏差,模型对近壁面火源的火灾烟气沉降时间的预测缺乏准确度。本文通过空间重构的方法消除房间长宽比因素造成的热损失偏差,引入两个参数进行表征,以完善该模型。完善后的模型预测烟气沉降时间与实验吻合度非常好,验证了该方法的有效性。在计算分析基础上,将两个参数对模型的影响作了评估,发现其一对模型预测结果的影响远大于另一参数。火源大小确定后,烟气充满房间的时间范围可确定,火源功率越大,时间范围越小。     

水喷淋下大空间建筑烟气输运的数值模拟研究

大空间建筑由于其功能、结构上的特殊性，使得现有的消防规范不能满足其防火要求，特别是针对大空间建筑的防排烟设计就更为不适用。性能化设计方法是目前防火领域最先进的技术，水喷淋系统作为大空间建筑原有的消防设施其对火灾烟气输运的影响，已作为一项重要的性能参考指标。笔者从数值模拟的角度出发，利用流体动力学软件FDS，研究有无喷淋情况下火源功率能量传递及羽流烟气的输运过程。通过对两种火灾场景下火羽流温度、地面传导热通量及辐射热通量的对比分析，探讨了火羽流流场分布形式，为大空间建筑的防排烟设计提供有力参考。     

高层建筑火灾时烟气的垂向组合控制研究

高层建筑火灾时,正压防烟带入的大量新鲜空气被送入着火层并稀释了烟气,降低了机械排烟效率。采用垂向组合控制的模式,对高层建筑内烟气流动采用双方程三维紊流模型,通过实验和模拟对比分析各排烟模式的排烟效果。结果表明,对条形走廊,单独设置空气幕能有效阻挡烟气进入前室,但防烟时间相对较短,同时采用空气幕和正压时,挡烟时间至少增加了60 s,且挡烟效果和单独前室正压相同,但所需新鲜空气量却减少了1/3,且此模式下的烟气在空气幕和前室正压作用下经过两次降温,温度下降效果明显,在竖井中容易形成滞止状态,使烟气在中性层上方向其他楼层扩散的趋势降低,对整栋楼内人员疏散更为有利。     

大型商业建筑中的性能化设计问题探讨

本文分析了大型商业建筑的建筑特点、火灾特点及火灾危害性，并基于性能化防火设计的理念，针对某大型商场的建筑特点和性能化问题，提出了通过设置防烟走廊阻止火灾高温烟气进入作为疏散临时安全区的中庭的设计方法。在合理估算建筑内火灾和人员荷载的基础上，选用合适的模型，通过对火灾情况下的烟气蔓延和人员疏散进行数值模拟和分析，验证了防烟走廊的设置可有效提高中庭的防火安全性能。     

排烟口布置方式对高层建筑火灾排烟效果的影响

高层建筑发生火灾时，烟气对人员的生命安全有着非常大的威胁，因此有效地控制烟气在建筑物内的扩散对于人员的逃生是非常重要的。通过高层建筑内烟气流动的数学模型，采用k-ε两方程三维紊流模型对高层建筑火灾时排烟口布置于走廊顶棚和走廊侧壁时的机械排烟进行模拟。结果表明，排烟口的布置方式不同对排烟效果的影响很大。排烟口置于顶棚时比排烟口置于侧壁时排烟效率高近10％，走廊内危险性低。在进行排烟设计时应优先考虑将排烟口设置在走廊顶部。     

典型结构走廊火灾烟气流场的数值模拟研究

选取条形、L形、T形和环形走廊4种典型建筑结构为研究对象,使用火灾模拟软件FDS对4种典型结构的走廊发生火灾时的烟气流动规律进行了分析。初步得出建筑结构对于火灾烟气的流动和温度分布的影响:对于有封闭转角处的L形和环形走廊,转角处受到建筑封闭结构的阻碍和反浮力作用,热烟气易积聚;而无论何种形式的走廊,都会由于壁面限制和反浮力作用造成走廊末端热烟气的积聚;T形走廊交叉口处流通性较好,相对安全;这些容易造成烟气积聚的走廊转角和走廊末端的温度也会有所上升,而现在很多连接走廊的疏散楼梯都设置在走廊两端,反而不利于人员疏散。因此这些地方应引起重视,加强防火排烟措施。     

高层建筑火灾时走廊-前室缓冲区效果数值模拟研究

高层建筑火灾时,正压防烟带入的大量新鲜空气被送入着火层并稀释了烟气,降低了机械排烟效率.提出设置高层建筑条形走廊-前室缓冲区的设想,采用双方程κ-ε模型,对设置缓冲区后排烟效果的影响进行了模拟和分析.结果表明:建有前室缓冲区后,前室内烟气的平均质量分数远小于4.6％,前室在较长时间内处于安全状态.从走廊扩散至竖井的烟气分别经过走廊、前室两次降温,温度下降明显,在竖井中容易形成滞止状态,使其向上方其他楼层扩散的趋势降低,对整栋楼内人员疏散而言更为有利.     

地铁“T”形换乘车站通道火灾通风模式数值模拟研究

为研究地铁“T”形换乘车站通道火灾时站厅不同防烟分区通风系统联动模式的烟气控制效果,采用火灾动力学软件FDS构建了换乘通道内乘客行李火灾场景,对起火通道、两侧站厅通风系统和防火门不同联动模式下的顶棚烟气温度、人眼高度及危险高度的CO浓度和能见度进行计算模拟。结果表明:关闭起火通道防火门能够将烟气控制在局部区域,但会加快通道内CO浓度上升和能见度下降的速度;各防烟分区通风系统均执行排烟动作虽然会导致烟气向两侧站厅蔓延,但危险高度的能见度始终在安全逃生的最低限值以上;烟气扩散至补风防烟分区时,新鲜空气与烟气的掺混将加快烟气沉降速度,不利于人员疏散和应急救援。     

长廊型建筑前室缓冲区对排烟效果的影响

高层建筑发生火灾时,采用加压防烟将会有大量的新鲜空气被送入着火层。这些新鲜空气稀释了烟气,从而降低了机械排烟效率。提出了高层建筑条形走廊前室缓冲区的设想,并通过高层建筑内烟气流动的数学模型,采用双方程三维紊流模型,对相同排烟量情况下前室缓冲区对排烟效果的影响进行了模拟计算和对比分析。结果表明：对条形走廊,前室缓冲区能够提高机械排烟效率近3.6%,同时在前室门附近走廊内形成一段相对安全的区域,有利于人员逃离着火层。