聚集用火下热探测器响应温度的研究

为得出聚集用火下建筑物天花板平面热探测器响应温度的计算公式，采用PyroSim 2015软件进行建模，在模型天花板平面内设置一系列的热电偶代替热探测器监测温度变化，在热释放速率（HRR）分别为1，5，10，20，30 kW和天花板高度分别为3，5，7 m的条件下进行15次数值模拟，对模拟结果数据分析、处理及拟合。研究表明:羽流中心线处温度远高于其他位置；羽流中心线处响应温度随着天花板高度的升高而降低，且与HRR存在显著的二次函数关系；其他位置处响应温度随着天花板高度的升高而降低，随着到羽流中心线距离的增大而降低，且与HRR和到羽流中心线的距离存在显著的二次函数关系。结合室内全年最高温度及补偿温度，建立出聚集用火下热探测器响应温度的计算公式。     

西藏高原地区浮力羽流温升特性研究

通过在拉萨对不同尺寸的三种油池火试样分别进行试验,获取了柴油在相当于平原地区64%大气压力和氧浓度条件下不同工况下不同位置处羽流中心线温度的实时变化情况等原始数据,计算了不同尺寸油池火的热释放速率,分析了低氧低压环境下的羽流中心温升特点及原因,并将实验值与经典羽流模型Heskestad模型的计算值进行了比较,分析了传统羽流模型在高原地区的适用性.     

喷淋与火羽流相互作用的数值模拟

采用CFD软件FDS,对小室木垛火灾在喷淋情况下火羽流与喷淋的相互作用进行了数值模拟分析,重点比较了喷淋压力分别为0.05 MPa、0.1 MPa、0.2 MPa和无喷淋情况下木垛火源热释放速率的变化以及火羽流附近几个关键点的温度变化.结果表明,对于热释放速率为0.5 MW的木垛火源,压力为0.05 MPa和0.1 MPa的喷淋液滴无法穿透火羽流到达火源,对热释放速率影响很小;而压力为0.2 MPa的喷淋液滴则可穿透火羽流.在火源中心线竖向高度上,存在着喷淋与羽流相互作用的临界面.在临界面以上,温度沿竖向高度降低,喷淋动量大于羽流动量; 在临界面以下,温度沿竖向高度升高,羽流动量大于喷淋动量.在火源邻近位置的不同竖向高度上,存在着温度转折点.在转折点以下,温度沿竖向高度几乎不变或变化很小;在转折点以上,温度沿竖向高度升高.     

地下环形隧道纵向通风下火羽流数值模型建立

为全面研究隧道火灾火羽流特性,分析隧道火羽流运动机理,在前期小尺寸试验及数值模型基础之上进行数学建模,通过理论分析对模型进行适当数学简化,运用质量守恒、能量守恒和微分方程求解,经过严格理论推导,最终得出纵向通风地下环形隧道近场火焰区火羽流全模型,并系统地给出了隧道火羽流的羽流半径、羽流速度、羽流质量流率、羽流温升和羽流中心线温度的数学表达式。同时,结合现有实验数据,修正本文所提模型。研究结果可补充现有受限空间火灾动力学理论,为隧道火灾烟气控制、人员疏散及火灾综合防治提供理论依据。     

浮顶储罐环形池火轴向温度分布研究

为提高大型浮顶储罐的消防应急能力,利用乙醇开展3组环形池火燃烧试验。首先测量池火燃烧的质量损失速率、轴向温度和温度场分布等参数;然后将试验温度测量值与经典羽流模型计算值进行对比;最后修正羽流轴线温度计算模型。结果表明:环形池火出现火焰融合阶段,导致池火的燃烧速率相对于圆形液池(0. 62 g/s)分别增加8. 1%和48. 4%;火焰的轴向温度均呈现先增大后减小的趋势,导致燃烧的最高温度在火焰轴线高度的20%～60%处,得到的修正模型计算值与实测温度更加吻合;在热成像图中融合火焰产生的热气流会增强对外界的热扩散危害。     

近海埋地管道泄漏气体扩散安全评估研究

为评估近海埋地管道泄漏气体扩散风险，基于流体体积与多孔介质方法，建立水下埋地管道泄漏气体扩散预测模型，模拟气体在海底土壤及海水中的运移扩散过程。研究结果表明:泄漏气体在海底土壤中扩散时间较短，扩散直径变化经历快速增长期、缓慢增长期和平稳期3个阶段，海水中羽流直径与羽流高度均随时间增加，且相比羽流高度，羽流直径的增长速度呈现先大后小的态势；增加泄漏孔径与泄漏压力，气体在海底土壤中扩散直径增大，海水中气泡体积明显增加，上浮时间减少，水平偏移量和海面处羽流直径减小。该模型可实现对近海埋地管道气体泄漏的准确预测，得出扩散轨迹等关键羽流数据，为后续的安全评估提供数据支撑和理论支持。     

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     

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。     

黄磷冷凝塔气-液两相流场数值模拟

以计算流体力学(CFD)为基础,在三维坐标系下采用κ-ε标准湍流模型、传热模型求解流场温度及速度,采用Lagrange模型追踪粒子轨迹,对冷凝塔内流场情况进行分析。结果表明,不同高度气体的速度、温度分布均不相同,喷淋水使气体的分布情况变得更为复杂。在塔内气体温度与速度变化趋势相同,水滴的运动受气体流动影响。模拟结果对黄磷冷凝塔的改进有一定的参考价值。     

水喷淋作用下建筑通道烟气蔓延特性模拟研究

采用数值模拟研究在单喷淋作用下建筑通道内烟气的蔓延特性,并对不同喷淋压力条件下烟气质量流量、温度及CO体积分数随时间的变化进行对比,对引起喷淋作用下烟气蔓延速度及烟气成分浓度变化的主要原因进行了分析。结果表明,增加喷淋压力对烟气的降温作用增强,降低了烟气在通道内的蔓延速度;同时,喷淋引起的烟气拥塞增加了流出喷淋覆盖区的烟气的CO体积分数,使得烟气毒性加大。     

水喷淋对热烟气冷却效应的模拟计算

分析了水喷淋液滴与热烟气传热传质的过程.采用场模拟方法对一系列假定的算例进行计算,探讨了水喷淋作用对热烟气的冷却效果.结果表明,水喷淋作用后烟气层的温度大大降低,烟气温度的变化受喷淋模式和喷头工作压力的影响.最后对水喷淋系统的设计给出了一些建议.     

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。     

A mathematical model on adjacent smoke filling involved sprinkler cooling to a smoke layer

Conventional two-zone model determines the smoke filling time in buildings without considering the cooling effect of sprinkler spray on the smoke layer. However, many buildings have been required to install the sprinkler systems by fire codes. So, the conventional zone model was not able to accurately predict the development of smoke layer height in a sprinklers involved fire. In order to improve the prediction, the current zone model is revised with a new mathematical model developed by taking the sprinkler cooling effect into account. The heat transfer between smoke layer and sprinklers spray was mathematically calculated. By using the mathematical model, the smoke filling time in an adjacent space under the sprinkler cooling effect are calculated. A set of experiments were carried out to validate the model. The smoke layer height was experimentally measured. Results show that the model predictions agree well with the experimental results. The smoke filling becomes slower due to the reduced volumetric smoke flow under sprinkler cooling. The variation of sprinkler operating pressure has little influence on the smoke filling since the cooling gets less effective as the operating pressure increases.     

靶式流量计在火灾烟气流速测量中的应用

分析了几种传统气体流速测量仪器的原理及其应用于火灾烟气测速时的缺陷,介绍了靶式流量计的工作原理及应用靶式流量计测量火灾烟气流速的方法.利用三种不同的仪器,对水啧淋作用下自然排烟口的烟气流动速度进行了试测.实验结果证明,在处理低速、中温、高湿度和多颗粒杂质火灾烟气的测速问题上,与传统方法相比,靶式流量计具有更好的适用性和明显的优越性.     

竖井中羽流前锋上升时间的实验研究

利用PolyU/USTC大空间实验厅内的小尺度竖井实验台,测量了开放和封闭竖井中羽流前锋上升时间,结合理论分析的结果,得到了羽流前锋上升无量纲时间和竖井无量纲高度之间的定量关系式.结果表明,在相同火源、相同竖井尺寸条件下,开放竖井和封闭竖井中的羽流前锋上升无量纲时间分别和无量纲高度的1.03次方、1.50次方成正比,与火源热释放速率的1/3次方成反比.由于烟囱效应的作用,开放竖井中的羽流前锋上升速度最快;非受限空间次之;封闭竖井内最慢.各种决定性因素对羽流前锋上升的影响程度由大到小顺序为:内外压差、壁面导热 粘滞力、空气卷吸.     

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。     

喷头间距对城市隧道细水雾灭火的影响研究

为合理设置城市交通隧道细水雾自动灭火系统喷头间距，在实体隧道中进行了4种不同喷头间距的细水雾灭火实验，利用FDS软件模拟了8种喷头间距下细水雾对火灾温度、烟气密度的影响情况。研究结果表明:实验数据与模拟数据基本吻合；细水雾对隧道火灾抑制效果明显；喷头间距对火灾影响规律可划分为2个区域，对于Ⅰ区（间距<2.5 m），单位体积细水雾质量是影响细水雾灭火的最主要因素，对于Ⅱ区（间距≥2.5 m），细水雾灭火效果受单位体积细水雾质量、动量综合影响，并分别给出了温度、烟气密度与喷头间距的函数关系式；就宽6 m、高5 m的城市隧道而言，细水雾喷头间距宜设置为2.5 m。     

低压细水雾控制高架仓库实体火灾的实验研究

高架仓库的建筑和储存特点导致其火灾危险性远大于普通仓库,因此高架仓库的消防系统设计研究日益受到重视。目前,高架仓库主要采用的是ESFR自动灭火系统,细水雾灭火系统的应用还较少。通过低压细水雾灭高架仓库实体火灾的实验,记录喷头工作压力、实验点火时间、开始喷水时间、灭火时间及燃烧物的损失量,分析温度、热辐射强度以及喷头流量数据。结果表明:在限定的仓库高度以及货架高度条件下,低压细水雾灭火系统能够有效保护高架仓库,且较其它水喷淋灭火系统用水量少,造成货物的水渍损失小。