环境风-烟囱效应对高层建筑竖向通道火灾烟气行为耦合影响

为探究高层建筑竖向通道火灾烟气在环境风与烟囱效应耦合下的输运行为，以赣州市某高层建筑的竖向通道为研究对象，采用Pyrosim建立4种火灾场景的物理仿真模型，并运用火灾动力学模拟软件(Fire Dynamics Simulator, FDS)模拟分析环境风与烟囱效应耦合作用下竖向通道火灾烟气蔓延行为。结果显示：在环境风或烟囱效应单因素作用下，竖向通道中的烟气蔓延速度与CO体积分数均上升；环境风速越大，对竖向通道内火灾烟气温升的抑制效果越强。在环境风与烟囱效应双因素耦合作用下，竖向通道中火灾烟气的相关行为特征更加显著，烟气到达竖向通道顶部时长最大缩减了44.5 s,同高度CO体积分数最大涨幅达到0.13百分点，竖向通道内温升则出现明显削弱现象。研究结果可为高层建筑竖向通道防火及排烟设计提供理论依据。     

风速对高层全开口楼梯间烟气蔓延的影响

采用BIM和Pyrosim火灾模拟软件，建立火灾模型，针对不同火灾场景烟气蔓延特性及温度、CO质量分数分布规律进行研究，剖析不同风速对全开口楼梯间烟气蔓延特性的影响。结果表明：火灾发生时，风速一定的情况下，随着楼梯间开口数量的增多，烟气蔓延高度增加，但温度和CO质量分数逐渐降低，有效降低了人员疏散的危险性；当开口数量一定时，风速的存在会提高楼梯间烟气温度，改变楼梯间内烟气运动轨迹，使烟气在底层及楼梯间出口处大量聚集，增大人员疏散难度。研究结果可为高层建筑预防火灾蔓延、合理设计人员疏散路径、保证人员疏散安全提供参考。     

高层建筑房间利用竖井进行烟气控制的试验研究

利用高层建筑本身高度设置与房间相连的竖井,热烟气在浮力驱动下进入竖井产生烟囱效应,使房间内产生负压,通过自然补风可以有效抑制烟气溢出补风口,将烟气控制在着火房间内部。通过全尺寸试验,验证了高层建筑利用竖井进行烟气控制的可行性。基于烟囱效应理论得到竖井控烟的临界条件,结合排烟速度、补风速度、补风温度、室内温度以及CO体积分数等试验数据,分析了火源功率、补风口、排烟口面积对负压烟气控制效果的影响。结果表明,在一定火源功率条件下,排烟口与补风口的设置对室内温度变化影响较小,存在合理的竖井排烟口与补风口设置范围,可以达到烟气控制的效果。     

老年公寓火灾场景人群疏散模拟

为优化我国老年公寓消防安全设计,减少火灾发生时的人员伤亡,建立火灾和疏散建筑信息模型(BIM),在火灾场景下进行疏散模拟,分析老年公寓建筑布局对火灾蔓延的影响,以及温度、能见度、CO体积分数和烟气层高度对老年群体疏散行为的影响。结果表明:在火灾发展过程中,层高为3. 3 m的着火楼层,在0. 5～1. 5 m高度内温差较大;着火房间内,烟气层会稳定在约1. 4 m高度处;走廊形式对火灾温度传播影响较大;烟气、高温等因素对着火楼层及以上楼层老年群体疏散不利,这些楼层的老年群体无法全部安全疏散;提高楼层垂直方向上的疏散效率可减少伤亡人数。老年公寓建筑布局方面,增加安全出口数量、设置坡道式疏散楼梯等方式,可提高疏散效率。     

凹型建筑外立面火灾烟气蔓延特性研究

为了研究凹型建筑外立面火灾烟气蔓延特性，对高层建筑凹槽内火灾烟气“三场”数值模拟。研究表明:结构因子α（进深与槽宽之比）的变化导致凹型建筑结构内呈现不同的火灾烟气蔓延规律；当α为0~0.4时，建筑凹槽内的火灾烟气无烟囱效应；当α为0.6~1.2时，建筑凹槽内的火灾烟气呈现一定的烟囱效应，其火灾烟气温度场、CO浓度场、扩散速度场变化显著；当α>1.2的，建筑凹槽内的火灾烟气烟囱效应显著。     

盾构铁路隧道坡度对火灾烟气蔓延的影响研究*

为研究坡度隧道内列车阻滞后的火灾烟气蔓延行为，利用火灾动力学模拟软件（FDS）建立盾构铁路隧道火灾模型和CRH6高速列车阻滞模型，隧道坡度分别为0%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%和4.0%，通过分析隧道内烟气、温度、能见度等特征参数的变化规律，研究坡度隧道内高温烟气的受力情况，探讨坡度变化对火灾烟气蔓延的作用机理。结果表明，坡度隧道内发生火灾，随着烟气的蔓延，隧道内形成沿坡度方向的烟囱效应力，使得烟气在火源两侧呈不对称分布。火源下游区域的高温烟气在火风压和烟囱效应的协同作用下蔓延速度比上游更快，下游烟气层分界中性面与隧道轴线平行，上游烟气层分界中性面呈现水平状态。有坡度的铁路隧道内发生火灾，建议向火源下游方向施加纵向机械通风，人员向火源的上游方向疏散逃生更安全。     

室外风作用下竖井结构内火灾烟气运动规律研究

室外风是影响高层（超高层）建筑火灾蔓延的主要因素。通过数值模拟六个不同火灾场景温度场、能见度及CO浓度场变化过程,定量总结了不同风向、风速条件下侧向全开竖井结构内烟气运动规律。模拟结果发现,迎面风作用下,竖井内会产生较高滞止压力,中性面位置上升,上部烟气加速向竖井下部蔓延,下部烟气通过开口排出;背面风作用下,中性面位置...     

竖井排烟口对L型高层建筑烟气流动特性影响的模拟研究

为了研究竖井排烟口对L型高层建筑烟气流动特性的影响,建立L型高层建筑火灾的数值模拟模型,以温度、CO浓度和窗口气流速度为指标,探讨在不同排烟面积下高层建筑内部结构的烟气流动特性。研究结果表明：6层为建筑的中性层位置,随着排烟口面积增大,烟气蔓延到竖井顶部的时间缩短,对中性层以下走廊的烟气控制效果增强;火灾发生在中性层以下时,中性层以上窗口气流速度为负,烟气溢出;320 s为温差变化的分界点,在320 s之前,排烟口面积与温差绝对值成正相关,320 s之后则成负相关。     

高校宿舍楼火灾及人员疏散数值研究

为研究高校宿舍火灾烟气蔓延过程与人员疏散效果的相关联系,利用数值模拟研究了不同火灾场景下烟气流动、能见度、温度随时间变化的规律,及其对人员安全疏散的影响。研究表明:(1)火灾发生后,由于烟囱效应,烟气迅速在楼梯间蓄积,形成蓄烟池效应,堵塞疏散通道,然后逐渐发展至上部的楼层空间,对人员安全疏散极为不利;(2)高校宿舍楼人员较为集中,火灾发生时疏散人员在楼梯间易出现拥堵,人员火灾安全疏散的形势较为严峻;(3)喷淋、宿舍人数控制、建筑结构优化等安全措施能有效提高人员疏散效果,降低火灾危险性;(4)研究成果能为建筑防火设计、消防整改和宿舍管理提供科学依据。     

楼梯结构对烟气蔓延及安全疏散的影响研究

为研究高层建筑火灾中楼梯结构对烟气蔓延的影响，运用PyroSim软件建立不同结构楼梯间的数值模型，使用FDS软件进行火灾烟气蔓延数值模拟，观测记录不同工况下烟气宏观高度随时间的变化，通过SPSS软件对观测值进行拟合分析，再结合烟气蔓延过程中楼梯间的温度、能见度及CO体积分数的变化情况，对人员安全疏散条件进行分析。结果表明：不同楼梯结构对烟气蔓延的阻碍作用差异明显，并且烟气在不同结构楼梯间内蔓延的宏观高度与时间均呈二次函数关系，其中具有中部隔墙结构的楼梯间防烟效果最佳，无梯井结构的楼梯间次之，存在梯井结构的楼梯间防烟效果最差，但综合各因素考虑，无梯井结构的楼梯间更有利于人员安全疏散。     

高层建筑室外火灾的数值模拟与分析

为了探究高层建筑室外火灾蔓延规律以及温度和烟气在超高层建筑火灾中的分布状态,以上海静安区失火住宅楼火灾为背景,应用火灾动力学软件FDS,对火灾进行模拟与分析。实验得出:外部火灾一方面通过表面保温材料迅速蔓延至楼顶,再由表面向建筑内部蔓延,当玻璃破碎后火势由着火点向建筑内部蔓延,由于烟囱效应再通过电梯井、楼梯向楼顶部蔓延。火灾中空气温度随离着火面距离的增加而降低,烟气浓度随时间而变化。同时引入热辐射对人的伤害模型。     

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.     

工作面火灾CO运移规律及FED模型评价下的疏散参数研究

矿井工作面进风巷火灾对作业人员的逃生影响极大,有毒烟气尤其是CO是造成人员中毒死亡事故的主要原因。以山东某矿3302工作面为例,采用FDS软件研究不同风速下的CO运移规律,通过FED模型确定CO体积分数、人员接触时间综合影响下的安全疏散参数。结果表明:10 MW火灾规模下,工作面进风巷火灾稳定发展阶段,回风巷人眼特征高度处的CO体积分数相等,其表征运移速度与风速呈线性关系;可利用安全疏散时间随CO运移速度和人员逃生速度差值的增大而减小;在临界风速2.0 m/s时,极限可利用安全疏散时间最短。最后提出了合理设定避难硐室区域范围的计算方法,可为工作面火灾时期的人员安全逃生及避难硐室设定提供参考。     

楼房井道火灾的烟气运移-弥散中毒过程研究

为研究老式学生宿舍垃圾井底部起火产生的高温有毒气体的运移扩散过程,采用火灾动态仿真模拟软件FDS对其进行了仿真模拟,并提供应急预案参考.运用控制变量法并选择不同火灾工况对火灾危险形成规律进行分析,依据最不利原则和数值仿真模拟,探讨人体在有毒烟气热环境中的耐受时间及最佳安全疏散时间.结果表明:垃圾井起火时,走廊门与窗户均开启状态下人员逃生最困难;火灾发生后有毒气体CO蔓延使人丧失行为能力的时间为3.95 min,是主要危险因素;18 m垃圾井起火后产生烟囱效应,六楼(顶楼)受灾最严重,可用疏散时间仅为10 s;改造竖向垃圾井顶部为开口状态可降低疏散通道CO质量分数为原来的1/45～1/30,延长疏散时间到8 h,为人员安全疏散提供了保证.     

基于CFD模拟的不同尺度竖井模型内烟气温度分布相似性的研究

通过小尺寸实验来研究实际建筑结构的火蔓延和烟气控制是一种已经被验证的十分有效的方法。经典方法中尺寸缩放只需要保证Froude数不变即可。采用CFD模拟的方法研究由火灾引起的烟气羽流在高层建筑竖井内的温度分布情况,建立三种不同尺寸高层建筑竖井的相似模型,并对比模拟结果,得出了尺寸缩放的规律:在保证Froude数不变的前提下,还需保证竖井结构内的流动为湍流;同时得到了着火房间通风口无量纲面积大小和火源位置变化对不同尺寸模型内流动相似性效果的影响规律。     

基于Pathfinder和FDS的火场下人员疏散研究

为了探究高层建筑发生火灾时人员行为对疏散的影响,以上海静安区失火大楼为背景,运用试用版灾难逃生软件Pathfinder,对人员行为进行模拟.实验得到了人员在不同行为模式下逃生时所用的时间和楼梯间内拥挤情况,并探究家庭成员的行为对逃生的影响.利用Pathfinder进行SFPE模式和指导模式模拟以确定哪种模式中的行为属于安全的疏散行为.以《建筑防火规范》规定的允许疏散时间为标准计算出规定时间内的疏散的人数,从而确定处于危险状态下的人员数量和时间.建立了一个简化的高层建筑模型,采用FDS模拟软件对高层建筑火灾进行了火灾模拟,得出了烟气蔓延速度、温度、CO浓度以及能见度的变化规律,为高层建筑火灾烟气的有效控制、人员疏散、火灾扑救提供了一定的理论依据.     

基于贝叶斯方法的竖井中性面模型参数不确定性研究

随着高层建筑越来越多,其发生火灾的风险也越来越大,火灾烟气是导致火势蔓延和人员伤亡的主要原因,因此高层建筑防排烟设计问题可谓重中之重。建筑中性面的性质决定了其在防排烟设计中的关键地位,通过对建筑中性面位置的研究来优化建筑防排烟设计,减少火灾烟气对人和建筑的危害具有重要的意义。在前人工作的基础上,利用场模拟的方法得到样本值,并引入贝叶斯概率方法量化模型参数的不确定性,分析了竖井结构单一参数的不确定性对中性面位置分布的影响。旨在为火灾安全工程设计和竖井模型实验台设计,以及建筑竖向通道防排烟设计提供一定的参考。     

多驱动力作用下高层建筑火灾烟气输运规律研究现状

高层建筑发生火灾后,火灾烟气会在多种驱动力的作用下从着火房间迅速蔓延扩散至整栋建筑,严重威胁建筑内人员的生命安全。因此,控制建筑内烟气蔓延是建筑消防安全的一项重要内容。该文对热浮力、烟囱效应和室外风作用下建筑内火灾烟气输运规律进行分析,较系统地总结了这三种驱动力作用下火灾烟气输运的国内外研究成果,指出了以往研究的一些不足之处。根据国内外相关工作的研究进展及当前需要,对今后高层建筑火灾烟气输运规律的主要研究内容提出了几点展望。     

电动汽车充换电站火灾燃烧模拟试验研究

为研究电动汽车充换电站火灾发生时火灾发展、烟气蔓延、温度变化及CO分布情况,设计具有自动控制、实时监测、数据采集、显示、探测报警、数据存储等功能的充换电站火灾模拟燃烧试验平台,并进行燃烧试验。通过燃烧不同材料,分别模拟站内监控室、充换电室及配电室等3种典型火灾场景的燃烧。根据现场实时监测、记录的燃烧过程数据,分析电动汽车充换电站火灾蔓延规律及其危险性。结果表明:配电室的烟气蔓延速度、CO体积分数上升速度及其最高值均高于监控室及充换电室的相应值。因此,配电室火灾危险性最大;监控室材料易被引燃,危险性居中;充换电室内的电池燃烧释放烟气少,危险性最小。     

多层建筑火灾烟气运动和回燃的数值模拟研究

为了解多层建筑火灾的蔓延发展和烟气运动,应用大涡模拟(LES)方法对多层建筑火灾发生过程进行数值模拟分析,模拟不同工况下走廊和各楼层中火灾烟气运动和温度的变化情况.尤其针对内部含有竖井的多层建筑,考虑到烟囱效应对火灾发展和烟气蔓延的影响,分别设置自然排烟和机械排烟的实验工况,分析电梯间通风口在自然排烟和机械排烟状况下火灾的发展和烟气运动.通过分析温度和能见度数据,发现合理安排机械排烟能够争取更多人员逃生时间.对于多层建筑火灾中发生的回燃现象进行了原因分析.