不同辐射下反应羽流三维直接数值模拟

运用直接数值模拟方法对低速流动下的浮力反应羽流进行了三维数值模拟,分析了不同辐射通量下无量纲流场中近场浮力羽流的结构特性。在有重力场和燃烧释热的情况下,反应羽流自然演化生成周期性的大涡结构,随着辐射强度的增加,不仅对温度场有显著影响,同时还影响着羽流涡旋的发展及其下游三维涡旋结构之间的相互作用。同时,辐射并不破坏流场的...     

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。     

泡沫材料在狭缝空间垂直火蔓延的数值模拟

保温材料的火蔓延特性对建筑防火有重要意义,而其在狭缝等特殊空间结构中的燃烧特性还缺乏深入研究.本文采用CFD模拟技术和并行计算手段对狭缝空间中泡沫材料的竖直火蔓延特性进行了分析研究.计算发现在狭缝宽度为5 -6 cm时,由于侧向补风增强,导致狭缝内存在规则的大尺度涡旋结构.涡旋将火焰向两侧拉扯,而且涡旋强度可以增强狭缝内火蔓延速度.相对开放空间的情况,在狭缝空间中泡沫材料的火焰高度随线热释放速率强度的增加较慢,并且存在最小热释放速率强度.当热释放速率强度小于一定值时,火焰将会熄灭.     

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.     

干挂石材幕墙火蔓延数值模拟研究

采用数值模拟技术研究了干挂石材幕墙发生燃烧情况下的火蔓延及羽流特点。通过外部高温辐射源点燃了具有4 cm厚PMMA保温层但保温材料和外层钢板间存在2 cm缝隙下的干挂石材幕墙,对模拟结果的温度场、速度场和热释放速率的分析表明其火蔓延速度较泡沫壁面低,但碳化区形状规则,蔓延路径清晰;虽然热释放速率低,但相对而言火焰高度较高,火焰宽度较小,而且其火羽流呈现点火源的特点。     

坡地建筑外立面火灾温度演化研究

针对坡地建筑外立面开口火溢流行为,为了预测不同坡地角度时圆形开口建筑火溢流的外立面热羽流温度分布规律,采用1∶8缩尺寸建筑火灾模型,开展圆形开口建筑火溢流实验研究。结果表明:在建筑火灾燃烧状态稳定下,对于确定开口尺寸、火源功率以及坡地坡度(倾斜挡墙)下,带有圆形开口的燃烧室内温度基本均匀且保持一致;针对圆形开口建筑,倾斜挡墙坡度越大,外立面的温度越高;基于热羽流温度实验数据,建立考虑不同开口尺寸、火源功率和倾斜挡墙角度影响下圆形开口建筑火灾溢出热羽流的竖向温度预测模型。     

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。     

竖井结构中壁面温度对火灾烟气运动影响的计算研究

使用大涡模拟方法研究了不同壁面温度条件下,竖井结构中,竖直壁面间的火灾热烟气和空气运动规律及温度场分布。并讨论了造成分布差异的原因。研究表明,流场中速度、温度和混合分数等参数受燃烧产生的热羽流和壁面温差引起的对流共同影响。温差越大,流场流动速度越大,流场的规律性越强,热烟气在流场中的蔓延速度越快。在温度方面,温度分布随流场变化而呈现不同规律,这里着重讨论了一侧壁面温度不同引起的另一侧壁面附近流场的温度变化。     

垂直竖井中烟囱效应诱导火羽流结构的简化模型研究

本文基于质量、动量及浮力方程和一系列全尺寸实验，得到了竖井中由于烟囱效应诱导产生的倾斜火羽流结构简化模型。结果显示，火羽流结构呈对称形态，并且火羽流迎风面与背风面距离与高度呈线性关系。与隧道内的倾斜羽流不同，随着受迫卷吸作用被强化（外加来流速度增加），隧道内的火羽流倾斜角度增加；但是在垂直竖井中，由于烟囱效应导致的主动卷吸作用，迎风侧的羽流倾斜角度基本维持在50度到60度之间。     

钢结构暨空间结构的抗火设计综述

钢结构暨空间结构是目前建筑结构的重要发展方向之一。因钢材对高温的敏感性 ,其防火、抗火性能的研究应是设计时考虑的重要因素。笔者简述了抗火与防火的概念及其区别 ;评估了国内外关于抗火设计的基本方法及优缺点 ;重点对整体结构有限元非线性抗火反应全过程分析方法进行了讨论。通过选择科学的抗火设计方法 ,将为经济、适用的防火设计提供重要的依据     

城市火灾中飞火蔓延距离计算方法研究

飞火是城市火灾特别是城市震后火灾的重要蔓延方式之一,它可以使火灾在相距较远的离散可燃物之间进行跳跃式蔓延,从而增加了扑救难度,威胁扑救人员的安全。因此,对飞火蔓延现象的认识和飞火蔓延距离的计算是降低飞火危险性的前提。基于Baum-McCaffrey火焰羽流模型,重点研究在城市火灾羽流中球形飞火颗粒的上升行为和环境风影响...     

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.     

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.     

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。     

3m直径煤油池火灾火焰特性的数值研究

为了预测油池火灾的火焰特性,采用CFD模拟技术开展静风状态下3 m直径煤油液池的火灾场景模拟,探讨火焰温度、火焰羽流速度、辐射热通量、燃烧产物质量分数等油池火焰特性参数随高度的变化关系;并结合火焰形态分布,提出一种4区域模型,即将湍流扩散火焰划分为油气混合燃烧区、燃烧火焰区、烟尘区和热烟气区来分析燃烧气流在不同高度的实际物理化学特性。此外,通过经验公式和CFD模拟2种方法分别计算出3 m直径煤油池火灾的火焰高度、火焰表面的辐射通量及热辐射破坏半径,并对计算结果进行比较分析,结果表明:2种方法可互相补充完善,有助于池火灾的热辐射危害性评估。     

热-力耦合作用对建筑结构火灾安全的影响

结构火灾安全可以避免建筑物在火灾中坍塌.火灾热环境影响建筑结构的响应,传统的标准火灾环境有一定的局限性,不能完全适用于若干真实火灾场景.因此有必要开展真实火灾环境下建筑结构的热-力响应特性研究,发展有效的工程工具来设计经济安全的结构.近来,性能化的结构火灾安全设计评估方法和相应技术发展迅速,该文给出一种综合考虑热-力耦合作用的结构火灾安全设计评估方法及相应流程.首先通过建筑和燃料特性来预测可能的火灾热环境特性,然后再分析构件和结构的热响应和力学响应特性来判定结构是否会失效,以及可以降低热和力影响的预防失效措施.该文通过案例分析将该方法应用于某中庭钢结构屋顶的防火保护,得到经济合理的防火涂层设计,满足有关防火规范的安全等价要求.     

温度分层环境下火灾烟气羽流上升高度公式分析

对小尺度空间温度分层环境下柴油有焰火及棉绳阴燃火烟气运动进行了实验和数值模拟.结果表明,在分层环境下,烟气与环境空气温度差造成的浮力在某一高度消失并转为负值,致使烟气停止上升而向横向扩展.Morton积分公式低估了烟气羽流上升的最大高度,且在相同出口条件及分层环境下,柴油烟雾比棉绳烟雾下降趋势快,上升高度小,其原因在于积分公式中自相似卷吸及烟气为空气假设.引入烟气密度修正系数和自相似修正系数,对Morton公式进行了修正和讨论.     

概率火灾安全分析方法研究

为分析和评估火灾对设备、建筑物等敏感目标结构安全的影响,结合化工定量风险评估方法和气体爆炸概率安全分析方法,提出概率火灾安全分析策略和实施流程。该方法包括火灾危害辨识、泄漏速率计算、火灾后果模拟、频率分析、绘制频率超越热载荷曲线、结构响应分析等关键步骤。以某柴油罐区为例,通过频率分析和火灾模拟,绘制出频率超越热载荷曲线,假定火灾风险可接受准则为10-4/a,求得对应的可信热载荷为21 kW/m2,并以此值作为结构热响应分析的输入参数。火灾概率安全分析方法侧重于描述火灾热辐射强度及其对应的发生可能性,判定敏感目标遭遇的可信火灾热载荷强度和结构热响应行为,评估消防减灾措施效果,确保结构完整性和可用性,不评价工艺系统潜在火灾风险的高低。