高层建筑火灾中烟气组合控制设置参数的研究

利用FDS模拟研究走廊中排烟口数量、位置以及挡烟垂壁与缓冲区的结合对高层建筑烟气控制效果的影响,寻找最佳组合烟气控制模式。结果表明,在走廊中部设置1个以排除火灾产生烟气为主的排烟口,在空气幕前方2m处设置1个以排除新鲜空气为主的排气口,并且在排气口后方0.5m处设置1个挡烟垂壁的组合烟气控制模式具有最佳的烟气控制效果。挡烟垂壁离机械排烟口0.5m时,可以有效降低缓冲区及前室的温度和烟气浓度,前室内CO2体积分数下降21.4%,温度下降9℃。当挡烟垂壁离空气幕较近时,走廊内的温度和烟气浓度反而上升。     

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%。     

自然通风下横向走道防排烟方式和排烟口位置对烟气状态的影响模拟

通过建立高层建筑内烟气流动的数学模型,采用k-ε双方程三维紊流模型对高层建筑火灾时横向走道内不同防排烟方式和不同位置的排烟口对烟气状态的影响进行数值模拟;通过分析比较,得出对于火灾初期挡烟垂壁对延缓烟气扩散的效果明显,可以通过设置合理的挡烟垂壁高度和数量来延长疏散时间;笔者认为,重要场所应用机械排烟时,排烟口应避免设在前室附近,应将排烟口设置在以挡烟垂壁为防烟分区的中间部位;在保持总排烟量不变和不过分增加经济投入时应增设排烟口的数量以达到最佳排烟效果。     

L型挡烟垂壁的防烟效果研究

为研究L型挡烟垂壁的最佳挡烟效果,采用FDS模拟了20种工况,对L型挡烟垂壁的两个关键参数,即挡烟垂壁的下部延伸长度和排烟口到挡烟垂壁之间的距离进行研究。在不增加排烟量的前提下,比较不同的挡烟垂壁下部延伸长度和排烟口到挡烟垂壁之间的距离的防烟效果。由各种模式下的模拟结果可知,最佳工况为工况15,即下部延伸长度为0.9 m,排烟口到挡烟垂壁之间的距离为1.5 m,在此工况下走廊在人眼特征高度处的烟气温度始终处于安全范围内。对比相同条件下的传统挡烟垂壁即工况3,工况15可以减少40%的热量进入前室。     

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。     

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。     

空气幕距挡烟垂壁及火源不同距离的挡烟效果研究

火灾发生时,空气幕可以在不影响人员通行情况下阻挡烟气的蔓延,适用于逃生楼梯口处.运用Pyrosim软件,对一简单建筑模型进行火灾模拟,研究空气幕距挡烟垂壁及火源不同距离时的挡烟效果差异,通过烟气蔓延情况,对空气幕处的速度矢量、空气幕后方测点处温度、CO浓度等数据进行比较分析,得出空气幕距挡烟垂壁的最优设置距离为0.5～1m;火源位置对空气幕挡烟性能的影响不大.     

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。     

基于正交分析的防烟缓冲区参数设置研究

为了研究典型长廊型高层建筑中走廊-前室缓冲区不同参数设置对烟气控制的影响,利用FDS软件建立长廊型高建筑火灾烟气运动模型。利用空气幕配合正压送风在前室门前形成防烟缓冲区,运用正交设计的方法分析流量比、空气幕射流速度以及空气幕射流角度对缓冲区防烟能力的影响,得出防烟缓冲区最佳模式为空气幕送风量与前室加压送风量之比为2∶1,空气幕射流速度为8 m/s,空气幕射流角度为30°。与传统正压送风防烟模式相比,防烟缓冲区最佳模式下,前室的平均CO浓度降低了99.99%,平均温度降低了98.47%,防烟缓冲最佳模式使前室加压送风量减少了1/3,楼梯间加压风量减少22.56%,节约了送竖井的地面积,减少了进入走廊和火场区的送风量,使排烟效率提高了8.76%。     

长廊型高层建筑防排烟影响因素的模拟研究

为研究走廊中防排烟的影响因素,采用数值模拟的方法,对排烟口布置方式、走廊净高度和排烟速率以及挡烟垂壁等因素进行分析.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,走廊内危险性低;走廊净高对烟气的沉降有非常明显的影响,走廊净高低,危险性大;高层建筑走廊机械排烟时,排烟速率对排烟效果影响很大;挡烟垂壁能够较好地降低挡烟垂壁下游走廊内的危险性.     

建筑火灾中“走廊-前室缓冲区”影响因素的试验研究

通过在走廊与前室之间设置“走廊-前室缓冲区”来改善高层建筑传统前室正压送风系统.其完整设想是在前室前设置一段无烟区,通过防烟空气幕作为柔性隔断划分缓冲段和走廊段,并且在气幕前设置排烟口,排出多余的新鲜空气,从而避免影响火场机械排烟效率.利用全尺寸风洞试验台模拟高层建筑内的长廊型空间,重点考察缓冲区内空气幕倾角、射流速度及排气口排气量对缓冲区效果的影响.结果表明:0～60°范围内,空气幕倾角越大越好;在风量不超过总送风量规定下,空气幕射流速度越大越利于防烟,射流速度约为16m/s时,机械排烟效率较高;缓冲区排气口排烟量介于1708-2563m3/h时,缓冲区的设置的效果最佳.当缓冲区内各因素的值满足以上设置时,能够提供较高的排烟效率,达到72.8％.既能保证走廊内烟气的及时排出,更有利于火灾时人员的安全疏散.     

地铁站火灾时空气幕防烟的数值模拟与分析

随着国内地铁的迅速发展,地铁火灾的防范及应急处理成为重要的研究课题。笔者根据地铁站建筑结构特点及火灾烟气的扩散规律,首次提出将空气幕用于地铁站楼梯口防烟,以保障火灾时人员的安全疏散。并用CFD方法模拟分析一列地铁列车着火时,防烟空气幕对烟气扩散的控制。结果表明,在楼梯口设置防烟空气幕不仅可以保证人员在6分钟以上的安全疏散时间,而且减少了比传统方式所需的新鲜空气量,有效阻止火灾的进一步扩大和控制烟气扩散。     

基于空气幕与排烟系统的隧道火灾烟气控制研究*

为研究隧道火灾时空气幕与排烟系统复合模式下的烟气蔓延规律,优化选择防排烟方式,以某越江隧道为研究对象,运用FDS数值模拟方法探究射流速度、排烟量和空气幕与排烟口间距对防排烟效果的影响。结果表明:空气幕与排烟口间距对射流特性与烟气蔓延有较强影响,间距为30 m的控烟效果最佳;空气幕与机械排烟复合作用的控烟效果远优于每个独立系统,可实现可靠挡烟和有效排烟;当火源功率20 MW时,随空气幕射流速度的增加挡烟效果有所增加,但射流速度不宜过大,取20~30 m/s;机械排烟对温度与可见度影响比空气幕作用效果显著,一定程度上增加排烟量可降低所需气幕射流速度;综合考虑防排烟的有效性和经济性,取射流速度为20 m/s、排烟量为100 m3/s为最优防排烟组合方式。     

地铁站细水雾幕挡烟效果的数值模拟研究

地铁站台层发生火灾时,烟气会从站台层经过楼扶梯开口蔓延至站厅层,因此, 楼扶梯开口处的挡烟效果对人员安全疏散影响重大。通过搭建全尺寸地铁站数值模拟模 型,对细水雾幕和排烟系统作用下楼扶梯开口处的挡烟效果进行了模拟研究,结果表明 :当仅设置挡烟垂壁时,挡烟垂壁有一定的蓄烟作用,但仍有大量烟气通过楼扶梯开口 从站台层蔓延至站厅层;设置细水雾幕可在一定程度上阻止烟气通过楼扶梯开口从站台 层蔓延至站厅层,有效降低烟气温度,但由于细水雾向下的冲量破坏烟气层的稳定性, 使得细水雾幕附近的烟气层高度降低;同时设置细水雾幕和排烟系统可实现良好的挡烟 效果,在楼扶梯的中段附近已基本不受火灾烟气的影响。     

基于大涡模拟的高校老宿舍楼火灾烟气控制方法

我国多数高校学生宿舍仍呈新老并用的格局,相当多的学生仍住在20世纪30～50年代修建的宿舍中。由于这些早年建筑的防火措施在设计中存在缺陷,火灾危险性很大。武汉大学樱园宿舍建于上世纪30年代,目前仍在使用中。通过分析樱园宿舍楼的特点,提出在走廊上设置挡烟垂壁的方法划分防烟分区。采用美国国家标准与技术研究院(NIST)开发的大涡模拟软件FDS,选取最具有代表性的火灾场景,对防烟分区划分前后温度分布和烟气扩散情况进行对比研究。研究结果证实,挡烟垂壁配合建筑端墙上已有的天窗可以有效地控制烟气扩散,减小烟气危害区域,降低了宿舍楼火灾的危险性。     

狭长空间不同间距挡烟垂壁阻滞火灾烟气蔓延数值模拟

为了研究狭长空间防火挡烟设施的效果,通过数值模拟方法,研究了狭长空间中两挡烟垂壁间距对烟气阻滞作用的影响规律。研究结果发现,烟气越过前挡烟垂壁后,根据烟气流动状态可分为3个流动区域,即涡旋区、涌波区和定常流动区。当后挡烟垂壁位于涌波区,挡烟垂壁间距3～6m时,阻烟效果最佳。     

走廊-前室缓冲区在建筑火灾中的可行性分析

高层建筑火灾中,随着机械加压送风研究的深入,发现其存在着一些缺陷。于是提出在走廊段设置“走廊一前室缓冲区”的方式来改善传统正压送风模式。其完整设想是在前室前设置一段无烟区,通过防烟空气幕作为柔性隔断划分缓冲段和走廊段,并且在空气幕前设置排烟口,排出多余的新鲜空气,从而避免影响火场的机械排烟效率。采用FireDynamicSimulation（FDS）场模拟软件模拟高层建筑不同走廊模型。针对条形走廊、L形走廊、环形走廊建筑是否设置缓冲区进行模拟,比较其温度场,浓度场,以及各自排烟效果。结果显示,“走廊一前室缓冲区”的设置能较好的适用于不同的走廊模型,改善传统正压送风模式,便于火灾时人员疏散,而且其机械效率都有显著提高,保证走廊内烟气的及时排出。     

出口角度对防烟空气幕防烟效果影响的数值模拟

利用火灾动力学模拟软件FDS,以四川消防研究所高层实验塔二层为原型,模拟在不同防烟空气幕出口角度情况下高层建筑前室烟气运动情况,获得在其他条件不变情况下,空气幕运行时的最佳出口角度。试验结果表明:空气幕角度为5°及20°时,模拟试验后期烟气基本突破了空气幕蔓延至前室内,而当出口角度为10°和15°时防烟效果较好,且15°时防烟效果优于10°,故推荐空气幕运行时的最佳出口角度为15°。     

扁平大空间建筑烟气蔓延影响因素研究

为研究扁平大空间内烟气蔓延影响因素,通过FDS火灾模拟软件对上海某商业综合体的商场进行模型建立,利用计算机模拟,逐一研究了水喷淋,挡烟垂壁高度,排烟口大小、数量,补风方式、补风量对烟气蔓延的影响,通过对比得出结论:增加挡烟垂壁高度对烟气蔓延影响有限,而去除水喷淋对烟气蔓延速度及质量浓度影响最大,烟气蔓延至各测点时间最多加快超过100 s,各测点烟气单位长度消光率最多上升69.51%/m;减小补风量至50%与去除水喷淋对烟气分布影响效果相当,在进行防排烟设计优化时,应优先考虑水喷淋与补风量;此外排烟量保持不变,改变排烟口数量及大小对烟气影响主要体现为蔓延速度变化。     

挡烟垂壁对长通道顶棚温度分布的影响研究

为提高长通道内部挡烟性能,揭示挡烟垂壁在长通道烟流控制中的作用,利用数值模拟方法研究挡烟垂壁与火源的距离分别为4.2、6、9、12 m,垂壁高度在0.3~0.9 m时顶棚附近烟气温度纵向分布;拟合模拟数据得出挡烟垂壁位置与高度综合影响下长通道挡烟垂壁下游温度纵向分布预测公式,并通过1∶5小尺寸通道火灾试验对预测公式进行验证。结果表明:挡烟垂壁对其上下游烟气温度分布的影响分别表现为减缓衰减与加速衰减2种效果;随着垂高的增加,垂壁上游温升值增大,下游温升值减小,且下游温度衰减速率与垂壁高度有线性关系;挡烟垂壁离火源越远,烟气温度纵向衰减越慢,高温危险区域越大;试验温度数据与公式预测值二者吻合较好,验证了数值模型的有效性。