不同开口状况下多层建筑火灾烟气运动的数值模拟

建筑物发生火灾时,因火灾而伤亡者中大多数为烟害所致。高层建筑中由于存在“烟囱效应”的作用,烟气更容易向上迅速蔓延,而不同的开口状况将影响这种蔓延速度。本文阐述了多层建筑火灾烟气运动的数学模型及数值方法,应用PHOEN ICS3.5对多层建筑火灾产生的烟气运动进行了模拟,分析比较了不同开口状况下火灾烟气的运动状况;同时,初步论述了PHOEN ICS用在建筑火灾烟气运动的数值模拟上的优点和可行性,以及用它来模拟不同开口状况下多层建筑火灾烟气运动的实用性。     

大空间建筑火灾中烟气温度计算模型的比较

基于区域模型和场模型的计算方法，分别计算了大空间建筑火灾的热烟气温度与时间的关系曲线（T-t曲线）。通过比较计算结果可得出：区域模型计算方法对大空间建筑火灾热烟气的填充规律及填充过程中的温度预测具有足够的精度；但随着热烟气层的下降，当下层冷空气逐渐减少至80％被热烟气所取代时，该计算方法对烟气温度预测的准确性不太高。建议对大空间建筑火灾中结构反应全过程分析的T-t曲线，采用基于场模型的计算方法，或者，对基于区域模型的T-t曲线进行修正。     

室内火灾烟气运动及机械排烟的大涡模拟

采用机械排烟是控制建筑火灾烟气扩散与蔓延的一种有效手段。利用大涡模拟方法,对建筑物室内火灾烟气运动及机械排烟进行了数值模拟。在室内后侧墙处有机械排烟口的条件下,模拟得到的烟气瞬时温度随时间的变化与实验相符合,计算出的烟气层高度也与实验相符合。通过数值模拟对室内机械排烟口的位置进行了优化选取,表明机械排烟口的不同位置对室内烟气运动有较大的影响。当火源位于房间地面中心时,在顶棚中心或左端中心实施机械排烟比在后侧墙处实施机械排烟可取得较好的排烟效果。这说明将排烟口布置在沿烟气运动趋势较强的路径且远离进风口处,可有效地控制室内烟气层的高度。     

火灾烟气中有毒气体的体积分数分布与危害

研究火灾烟气的成分与其体积分数分布是火灾科学的一项重要内容。为了更好地研究建筑火灾烟气的释放过程并为建筑材料评价提供依据，采用文献综述的方法论述了建筑火灾烟气的主要有毒成分、体积分数范围(即浓度范围)与危险含量(即危险浓度)，还介绍了常用的烟气分析方法，说明了对火灾烟气的产生机理和火灾烟气成分的检测方法等还需要进行深入的研究。     

钢结构建筑的消防安全性能化设计——系统方法探析

根据钢结构建筑构件耐火性能的特点，应用建筑防火安全性能化设计系统方法对钢结构建筑发生火灾时热、烟对建筑结构和建筑内人员的影响进行了分析研究，确定了火灾下人员与建筑结构的安全准则。运用FDS4．0对一建筑实例建模，通过模型与建筑实际火灾相似性的计算机数值模拟研究，得出了火灾情况下建筑内的热、烟蔓延情况，同时采用ANSYS8．0分析技术对火灾下钢结构的结构反应进行了研究。以性能化设计系统方法对钢结构建筑发生火灾进行了耐火分析研究，在此基础上给出了定量的分析方法，为钢结构建筑的火灾安全工程设计和应用提供了一种新的技术。     

大空间建筑火灾中钢梁的温升

大空间建筑火灾中,钢构件与火焰距离较近时需要考虑火焰直接热辐射对钢构件温升的影响。为了探究数值模拟中最合适的火焰辐射模型,运用ANSYS分别建立点火焰、圆锥体火焰和圆柱体火焰辐射模型,模拟考虑火焰热辐射的钢梁在大空间建筑火灾中的温升。并结合点火焰辐射理论及空气与钢构件的热对流和热辐射理论,获得钢构件大空间建筑火灾中的温升公式。运用MATLAB软件对该理论公式进行迭代运算,得到钢梁随时间变化的温度值。对比数值模拟结果与理论结果,发现用ANSYS模拟钢梁在大空间建筑火灾下的温升时,圆柱体火焰热辐射模型下的钢梁温升值与理论结果最接近。     

设排烟道的隧道中火灾烟气控制效果的模拟研究

采用三维数值模拟方法,对设置有排烟道的隧道进行了火灾烟气控制的稳态、瞬态模拟分析;研究了在多种通风排烟方案及开启不同数量排烟风口的情况下,该隧道火灾烟气的蔓延特性和烟气控制效果。通过对不同工况的模拟比较研究,为设排烟道的隧道推荐了适宜采用的两种控制火灾烟气的通风排烟方案,并从人员疏散的安全性角度证实了所推荐的方案是可行的。为设置有排烟道的隧道火灾烟气控制及紧急通风设计提供理论依据,同时也可指导人员安全撤离和消防扑救。     

不同截面形式城市综合管廊火灾结构损伤数值模拟

采用当前方法对火灾下城市综合管廊结构损伤进行数值模拟时,得到模拟结果与实际结果之间的误差较大,存在模拟精准度低的问题,为此该文提出不同截面形式城市综合管廊火灾结构损伤数值模拟方法。首先构建城市综合管廊结构的土体弹塑性本构模型,然后对城市综合管廊结构进行静力分析,同时采用FDS火灾模拟软件在土体弹塑性本构模型的基础上通过网格划分、设定初始条件及边界条件,构建城市综合管廊结构有限元模型,最后通过构建的有限元模型对火灾下不同截面形式的城市综合管廊结构损伤进行数值模拟。实验结果表明,火灾温度梯度在结构径向中较大,城市综合管廊火灾结构在火灾下的损伤数值可控制在一定范围内的,所提方法的模拟精准度较高。     

大空间建筑内火灾烟气充填的研究

对烟气在大空间建筑内的充填规律作了分析，并在中国科技大学与香港理工大学合建的大空 间火灾实验厅内进行了若干轮试验。结果表明，在着火的初期阶段，大厅上部的烟气流动比较紊 乱，但在以后的大部分时间，烟气的充填过程仍可用火灾区域模拟方法计算。     

地铁内楼梯口处全尺寸火灾实验与数值模拟

建立了地铁实体模型，开展了地铁火灾实验研究，测量了站台与站厅之间的楼梯处的速度和温度等火灾参数。同时利用火灾动力学模拟程序软件对地铁站台火灾进行了数值模拟，研究了地铁站台和站厅连接楼梯处温度和烟气速度的变化趋势，并与实验结果作了对比分析，验证了数值模拟结果的有效性。研究结果可为有效控制烟气在地铁中的蔓延和组织人员疏散提供技术支持。     

计算机技术在建筑火灾安全上的综合应用

为通过计算机技术低成本的、高效的、准确的解决建筑火灾安全问题,对计算机技术在建筑结构火灾安全上的综合应用进行研究,并以某一小学教学楼为例将应用成果进行展示。首先,通过FDS软件对该建筑某火灾场景进行了火场数值模拟。基于FDS的数据,利用RCFire程序进行了结构构件内部温度计算和结构火灾反应计算。最后,在Vega的虚拟现实平台上将构件内部温度和结构火灾反应的结果进行了动态图形展示,并实现了结构火灾反应的同步漫游。本文将建筑火场模拟技术、结构火灾反应计算技术和场景表现技术上综合应用到同一建筑上,形成了一个更为准确的结构火灾反应模拟系统,同时也为进一步的建筑火灾场景仿真奠定了基础。     

火灾场景中玻璃破裂行为研究综述

建筑物在火场中的结构响应问题中,门窗玻璃在火场中的热响应特性及破裂脱落是影响火灾发展的重要因素之一。通过事故案例分析了火灾场景中玻璃破裂脱落的危害性,指出了研究火灾场景中玻璃受热破裂脱落的意义,并对目前火灾场景中玻璃受热破裂过程和主要形态、玻璃的破裂机理和判据等的研究现状进行了详细的分析,总结了目前实验和计算机模拟的最新研究进展和不足,为今后进一步开展玻璃受热破裂脱落研究提出了若干建议。     

基于虚拟现实的建筑火灾模拟系统

提出了将虚拟现实技术应用于建筑火灾模拟的方法,在交互式虚拟环境中实现了基于火灾数值模拟的火灾场景模拟。根据火灾场模拟软件FDS的计算结果,控制虚拟火灾场景中火焰和烟雾的蔓延,使得虚拟场景中火灾的发展接近实际火灾的情况。模拟系统中通过纹理贴图和粒子系统等技术实现了逼真的火灾场景可视化。还介绍了实现灭火作战模拟和训员疏散模拟的技术细节。在以上方法的基础上研制了建筑火灾模拟原型系统,该系统可应用于电子消防预案制作、灭火作战演练、人员疏散演练、建筑性能化防火设计与评估,以及灾害条件下人的疏散行为研究等各个方面。     

计算机模拟在火灾科学与工程研究中的应用

计算机模拟技术尤其是场模拟技术是近年来发展完善的高新技术,在许多工程领域和基础研究方面得到广泛应用。但其在大灾科学和工程领域的应用研究刚刚起步。本文在介绍场模拟基本方法的基础上,重点介绍了场模拟方法中大涡模拟技术的基本理论和方法,并将其引入火灾动力学的研究中。列出了火灾动力学大涡模拟的基本方程、湍流模型、燃烧模型和幅射模型。并用此方法模拟了油罐区火灾动力学演化实例,据此可提出更有效的控制和补救措施。 通过利用场模拟方法中的大涡模拟技术研究典型工业重点火灾危险源——油罐区火灾动力学演化实例,可以看出场模拟技术在安全工程领域方面的发展前景。预计它将成为安全工程领域中的安全管理、危险性评估以及安全事故处理决策支持等的有效手段。     

东北某城市建筑物火灾的发生概率研究

通过对东北某大城市实际火灾情况的调查分析,针对不同类型的建筑物,分别给出了单位建筑面积月起月率的概率分布模型,并在此基础上探讨了单位建筑面积年起火率和50年代起火率的概率分布问题。最后,对建筑物火灾的几个特点进行了初步分析。     

地表火蔓延的真实感仿真

地表火蔓延的计算机仿真在火灾的扑救、预防及评估等方面具有重要的应用价值。现有的研究大多偏重于火焰蔓延的数值模拟和简单可视化,影响了人们对火灾蔓延的直观认识和临场感。提出了一种基于图形绘制技术的地表火蔓延的真实感仿真技术。首先,根据地表火蔓延的物理规律,并考虑到地形、气候和可燃物等因素的影响,提出了一种基于Rothermel模型的地表火随时间变化蔓延的建模方法。然后,采用基于GIS地形数据和高程图绘制相结合的方法绘制场景地形。再改进传统的粒子系统绘制技术对火焰进行真实感绘制。该方法可以通过变化不同的参数而富有真实感地再现不同环境条件下地表火蔓延场景,能够为灭火决策提供依据。最后,文中给出了不同条件下地表火场景的绘制结果。     

两类常用森林火灾蔓延模型的比较

简要介绍了两类常用的森林火灾蔓延模型--邻接单元模型和波动传播模型的原理和实现方法.对作为离散模型的邻接单元模型和作为连续模型的波动传播模型的优、缺点作了系统的总结,并分析了它们对系统精度、实时性、复杂性、全局适应性、计算可靠性和整个模拟系统结构性能的影响.通过对比发现,两类模型在性能上的优势和局限有很强的互补性.因此,为了提高蔓延模型的性能,并使其不受火行为和地理要素复杂性的限制,有必要取长补短,通过现有的计算机技术将两者结合起来.