外界风下机场航站楼自然排烟模式的数值模拟研究

机场航站楼通常采用顶窗和多侧高侧窗作为自然排烟窗,当发生火灾时,其开窗模式对自然排烟效果有一定的影响。以某机场航站楼为例,考虑出发大厅顶窗及多侧高侧窗的启闭状态组合,设置7种开窗模式。通过FDS软件模拟,研究外界风下,开窗模式与火源功率对航站楼到达危险时间的影响。在只打开顶窗的模式下,到达危险时间t与火源功率Q均满足关系式:t=x_0+A/(1+10^(bQ-c)),其中x_0、b、c随着风速的增大而减小,A随着风速的增大而增大。考虑到人员安全疏散,航站楼出发大厅火源功率应控制在6 MW以内。若火源功率大于6 MW,当外界风速小于等于5m/s时,应采用打开所有高侧窗和顶窗的开窗模式;当外界风速大于5m/s时,烟气会倒灌进入航站楼,影响人员安全疏散,此时应采取关闭迎风侧高侧窗,打开顶窗和其他侧高侧窗的开窗模式。     

环境风作用下弧形立面机场航站楼自然排烟效果的数值模拟研究

机场航站楼公共区域多采用自然排烟方式,而环境风和排烟窗控制模式会影响排烟效果,尤其在弧形立面航站楼中影响效果显著。以某弧形立面航站楼为研究对象,选取候机指廊弧形区域的自然排烟窗分3段控制启闭,进而确定6种控制模式,采用 FDS火灾动力学模拟软件研究了不同模式下的排烟效果,获得了环境风和发烟量对危险到达时间的影响规律, 提出了排烟窗控制模式流程。结果表明:对于弧形立面航站楼而言,排烟窗分段控制模式下的排烟效果优于不分段控制模式,可以有效降低环境风对自然排烟的影响。当环境风速超过10 m/s时,须关闭迎风向排烟窗,避免烟气倒灌。在法向环境风作用的不利条件下,当发烟量在0. 05~0. 20之间时,危险到达时间的最大值tmax与发烟量x满足一次函数关系式:tmax=-3018x+1030.5。     

环境风下多层航站楼排烟效果及人员疏散研究

为探究环境风下机场航站楼排烟模式对人员安全疏散的影响,以某航站楼为研究对象,选择多楼层区域作为数据获取范围,针对排烟窗控制模式的33种工况,采用火灾动力学(FDS)软件模拟排烟效果;以北风经东北风转为东风构造风向区间,获得风向与危险到达时间的曲线关系;以0～90°为高侧窗开启角度区间,获得适宜开窗范围,并根据环境风进行安全疏散的判定与优化。结果表明：对于楼内排烟效果而言,若高侧窗全开,无风和低风速下有利于排烟,环境风速较高时,垂直于楼层走势的风向排烟效果较好;在风向区间内,0～70°风向会对高侧窗排烟起促进作用,30和60°风向点最优,顺楼层走势的风向会有烟气倒灌;在高侧窗开启角度内,实际以5～30°下悬窗或全开窗为宜;结合风向下的危险到达时间,进行楼层人员疏散优化,调控后疏散时间比未优化时减少10%。     

有风条件下室内火灾自然排烟模型试验研究

采用缩尺度试验方法对有风条件下室内火灾自然排烟过程准稳态进行研究,分析不同补气口、排烟口位置和风向对排烟效果的影响。试验结果表明:将补气口设在迎风面,排烟口设在背风面或侧风面时将获得比没有环境风时更好的自然排烟效果;而在其他情况下,环境风将通过减小排烟口处内外压差以及对室内烟气层产生扰动来降低自然排烟效果。在设置建筑自然排烟系统时,应综合考虑火灾具体情况以及当地风速条件,选择对自然排烟有利的排烟口与补气口位置组合,以提高自然排烟的效果。     

上、下悬窗阻风能力对比研究

环境风会改变排烟窗附近的烟气流向和速度,影响建筑内烟气流动,进而导致建筑自然排烟效率受到影响。采用数值模拟方法,对比研究了排烟窗开启角度和环境风对上、下悬窗阻风能力的影响,分析了不同开窗角度下,悬窗进风量和进风区域随开窗角度和风速的变化规律。结果表明:上、下悬窗相对进风量与开窗角度均成指数关系,但上悬窗阻风能力弱于下悬窗,上悬窗开窗角度大于45°后即失去阻风能力,而下悬窗开窗角度大于75°后才逐渐失去阻风能力,且开窗角度小于30°时,下悬窗至少能比上悬窗多减少50%空气进入室内。上悬窗开窗角度小于56°时,主要进风区域为近窗下侧水平区域;下悬窗开窗角度小于30°时,主要进风区域为窗体两侧及远窗下侧竖直区域,随着开窗角度增大,上、下悬窗主要进风区域均过渡到远窗下侧竖直区域。窗体用于日常通风时建议优选上悬窗。若要用于排烟,则应首选下悬窗,开窗角度15°即可满足阻风要求,若选用上悬窗,开窗角度不宜大于45°。     

有风条件下火灾自然排烟的临界失效风速分析

采用双区模拟思想对有风条件下室内火灾自然补气、自然排烟过程进行分析。引入"总风压系数"和"临界失效风速"的概念,并将其作为评价外界环境风对自然排烟过程影响程度的判定参数。总风压系数非负时,外界风的存在将提高自然排烟的效果;总风压系数为负时,外界风的存在将降低自然排烟的效果,甚至使自然排烟失效。通过对排烟口内外压差以及气体流动进行分析,发现临界失效风速正比于总风压系数绝对值的-1/2次幂,并给出了不同条件下自然排烟临界失效风速的计算方法。实际采用自然排烟方式进行火灾排烟时,应尽量避免出现总风压系数为负的情形,以防止自然排烟的失效。     

公路隧道纵向诱导风速对火灾烟气控制效果影响分析

针对某公路隧道采用集中排烟方式的工程实际,为了分析纵向诱导风速对隧道火灾烟气控制效果的影响规律,进而确定可能的火灾场景时的合理纵向诱导风速,采用火灾动力学模拟软件FDS构建了数值分析模型,并设计了相应的火灾工况.根据隧道实际交通流量、车辆类型及公路等级,确定了模拟火灾规模.分别分析了火灾规模为50 MW时隧道内不同火源位置(排烟阀打开段中部、上游1个/下游5个排烟阀、上游2个/下游4个排烟阀),不同排烟方式下(双向均衡排烟、上游端单向排烟、下游端单向排烟),不同纵向诱导风速情况时的隧道2m高处能见度、烟气蔓延范围及排烟效率,根据模拟分析结果,进而确定了不同火灾工况时的合理纵向诱导风速.结果表明:不同纵向诱导风速对集中排烟模式下烟气控制效果影响显著;特定火灾规模时,火源位置、排烟方式对合理纵向诱导风速的影响不大.     

环境风作用下浅埋隧道自然排烟竖井组高度研究

为得到能适应不同环境风的最优自然排烟竖井组高度,采用Fluent软件研究了不同竖井高度(4～8 m)和环境风速(0～9 m/s)对自然排烟竖井组排烟效果的影响。结果表明：当竖井组高度H<6 m时,高温区域随竖井高度的增加而减小,竖井排烟效果随竖井高度的增加而增强;弱环境风的存在可以减小高温区域范围,增强竖井排烟效果。当竖井高度H>6 m时,高温区域随竖井高度的增加而增大,竖井排烟效果随环境风速的增加而增强。当竖井高度H=6 m时,综合排烟效果最好。     

大空间建筑不同排烟系统作用下的烟气控制效果研究

利用FDS(Fire Dynamics Simulator)分别对自然排烟和机械排烟作用下的中庭火灾烟气控制效果进行了数值模拟研究,自然排烟口的面积分别为中庭地面面积的5.6%、11.3%和22.5%,机械排烟量分别为43182m3/h和102000m3/h,同时改变机械排烟口的位置。通过对比各工况下的竖向温度分布、中庭内温度场、烟气层界面高度来判断不同工况下的排烟效果,并计算得到了相应排烟效率来判断各排烟模式下的排烟有效性。结果显示,中庭内的温度和排烟效率都随排烟量的增大而减小,自然排烟的排烟效率最低,仅为17.9%~21.3%,机械排烟量43182m3/h时的排烟效率最高,可达45%左右。     

某机场航站楼自然排烟系统有效性的热烟试验研究

在许多高大空间建筑中安装有自然排烟系统,而随着空间高度增加,火灾烟气温度降低,浮力减小。在某机场航站楼二楼办票大厅进行了全尺寸火灾试验,对大厅顶部的电动自然排烟窗的排烟有效性进行检验。试验中火源为甲醇池火,添加发烟剂作为示踪粒子。共进行了6组不同排烟口面积和火源功率的试验,通过测量火源附近大厅上部烟气温度分布和排烟口速度验证自然排烟的有效性。结果表明,自然排烟窗能有效排出烟气,控制烟气沉降,降低火灾危险性。     

上、下悬窗开启角度对排烟效果影响的研究

自然排烟窗有多种开启方式,开启方式的不同影响烟气的流动,进而影响排烟效率。通过数值模拟方法,研究了自然排烟窗的开启方式对排烟效果的影响。主要研究了上悬窗和下悬窗在排烟上的表现。通过对上悬窗开口角度的研究,发现了上悬窗主要排烟区域为两侧,且排烟效率跟开启角度正弦值有关,并在此基础上提出了一种提高建筑中上悬窗排烟效率的方法。而下悬窗的模拟结果则表明,开启大于23°时,排烟效果基本不受影响。     

“Z型”中庭烟气流动及自然排烟特性实验研究

"Z型"中庭自然排烟设计已经在部分高层建筑中实际运用。然而,现有规范对此类设计方法无具体指导性消防安全要求,同时缺乏相关研究。通过在海南某高层建筑中开展全尺寸火灾实验,选取中庭和办公室不同火灾区域和规模,在不同外界风向和风速下,通过监测有毒气体浓度、烟气温度和能见度以及烟气层厚度等参数,研究超过12m的"Z型"高大中庭烟气流动特性及自然排烟效果,并分析其对中庭和人员安全性的影响。研究结果表明:该建筑采用"Z型"中庭能够有效排出烟气,自然排烟设计合理。所得结论可为消防部门审核该项目提供参考,也为类似高大中庭自然排烟设计提供科学依据。     

大空间设置上、下悬窗自然排烟效果对比研究

为研究大空间设置上、下悬窗自然排烟效果的差异,采用FDS软件针对某大空间在不同开窗形式、环境风下室内温度、能见度、CO浓度和烟气蔓延规律进行分析.结果 表明:无风时,上、下悬窗均能够有效排烟,但下悬窗总排烟量比上悬窗高出30％,开下悬窗时,室内温度安全区域的临界高度比上悬窗高出27％,能见度安全区域的临界高度比上悬窗高...     

半地下有轨电车车站火灾自然排烟模式研究

为确定半地下有轨电车车站火灾情况下自然排烟模式的排烟效果,以某城市有轨电车典型车站为研究对象,采用数值模拟法建立全尺寸模型进行计算,研究半地下有轨电车车站在列车火灾情况下采用自然排烟模式时,车站空间内温度分布、排烟口与楼扶梯口流速等特征参数演化特征,分析半地下有轨电车车站火灾发生时,采用自然排烟模式的气流流场、烟气运动...     

半横向排烟下公路隧道火灾烟气逆流长度规律研究

为研究不同因素对半横向排烟模式下公路隧道火灾烟气逆流长度的影响规律,采用理论分析推导火灾烟气逆流长度与火源功率、排烟速度、排烟口面积和排烟口间距4个因素的无量纲关系式,运用数值模拟研究不同因素下火灾烟气的运动规律,最后拟合得到烟气逆流长度的无量纲关系式.结果表明:在半横向排烟模式下,烟气逆流长度随火源功率的增大而增大,...     

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%。