超高“Z型”中庭高度对自燃排烟特性影响的数值模拟研究

超过12m的超高中庭发生火灾时,常规排烟方法不能完全满足实际需求。通过FDS软件对某超高"Z型"中庭进行数值模拟,研究中庭高度对自然排烟特性的影响。该"Z型"中庭底层南面是自然进风口,顶层北面是自然排烟口,以烟气最先到达指定楼层人员危险时间值为到达危险时间。实验条件下模拟结果表明:无风情况下,中庭高度增加,到达危险时间增加,自然排烟效果增强。到达危险时间t与中庭高度h之间满足一定指数增长关系:t=y0+Aexp(h/α),中庭火源位置和中庭宽度对y0、A和α有一定影响。有风情况下,外界风向与进风口方向一致时,中庭自然排烟效果优于无风状况,中庭越高效果越强。在外界风向与排烟口方向相反时,烟气倒灌进中庭,自然排烟效果较弱。     

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。     

“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。     

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。     

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%。     

直立式机械排烟临界排烟口高度

为改善地铁站台的排烟效果,提出了一种在排烟管道顶部上接风管的新型直立式机械排烟。通过数值模拟分析地铁站台火灾时采用直立式机械排烟的效果。结果表明：采用上接风管的直立式排烟相比于排烟管道顶面排烟具有明显优势,其排热量可增加14.51%;直立式排烟存在一个临界排烟口高度,当排烟口高度较低时无法排出顶棚下方的高温烟气,而当排烟口高度超过该临界高度后,受到顶棚的限制其排烟效果反而会下降;临界排烟口高度与排烟风速无关,但受排烟口边长的影响,且在临界高度时排烟口与顶棚间的距离近似等于排烟口边长的一半。     

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。     

高层建筑火灾时排烟速率对排烟效果影响的数值模拟

对比分析了不同排烟速率情况下,高层建筑内烟气的扩散、走廊内温度的变化和排烟口下方烟气层厚度的变化情况。结果表明,高层建筑走廊机械排烟时,排烟速率对排烟效果影响很大。当前《高层民用建筑设计防火规范》中"排烟口的风速不宜大于10 m/s"的规定不太合理。高层建筑走廊机械排烟设计时,应根据性能化防火设计思想,取得合理的排烟速率,保证排烟口的控制距离小于烟气界面层厚度。     

地铁区间隧道半横向排烟方式的数值模拟研究

为了研究地铁区间隧道半横向排烟方式对排烟效果的影响,利用火灾动力学模拟软件FDS研究在车厢内部着火且火源功率为5 MW的情况下,不同的排烟道高度、排烟风速、排烟口开启个数对隧道内烟气控制的影响,即对不同工况下,隧道内烟气蔓延情况、人眼特征高度处的CO浓度、温度进行研究并作对比分析。结果表明,综合考虑排烟效果与隧道挖掘成本,排烟道设置高度为1.6 m较为合适;排烟风速控制为10 m/s并且开启火源附近2个排烟口能获得较好的排烟效果。     

火源与排烟口布置对隧道火灾排烟影响的数值模拟

运用FDS软件对某半横向通风隧道火灾进行数值模拟,研究了火灾中火源与排烟口布置中烟气蔓延与排烟效果的影响。通过模拟6种不同火源与排烟口布置组合工况下隧道内烟气质量浓度、回流长度的变化规律,得出半横向通风排烟系统排烟效果规律。结果表明:火源位于隧道中间与右车道时,隧道内烟气质量浓度分布基本相同,表明火源位置横向分布对半横向通风系统排烟效果几乎没有影响,而排烟口分布对火灾烟气的蔓延影响较大,排烟口位于烟道板两侧时隧道内烟气质量浓度和回流长度都明显小于当其位于烟道板中部与右侧1/3处时,表明排烟口位于烟道板两侧时隧道排烟系统排烟效果较好,而排烟口位于烟道板中部与右侧1/3处时,两者排烟效果相同,这与文献的小尺寸试验研究结果相吻合。     

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。     

超高层住宅楼的内天井尺寸对自然排烟影响的数值模拟研究

火灾时超高层住宅楼的内天井会形成"烟囱效应",烟气可能通过面向内天井的开启窗户进入四周住宅。利用FDS数值模拟的方法研究火源位置、火源功率和内天井的高度、长度对超高层住宅楼内天井自然排烟的影响。研究结果表明:火源位于内天井四周某住宅时,若住宅内喷淋系统有效,内天井四周其它住宅不会达到危险状态。火源位于内天井底部时,4.0MW的火灾可能会使内天井四周其它住宅受到火灾烟气影响,达到危险状态,此时内天井四周其它住宅到达危险时间与内天井高度满足二次增长函数,到达危险时间随高度的增加趋于稳定。内天井长度d存在临界值,d≤10m时到达危险时间与内天井长度满足二次增长函数;d10m时到达危险时间接近稳定值。     

排烟口布置方式对高层建筑火灾排烟效果的影响

高层建筑发生火灾时,烟气对人员的生命安全有着非常大的威胁,因此有效地控制烟气在建筑物内的扩散对于人员的逃生是非常重要的。通过高层建筑内烟气流动的数学模型,采用k-ε两方程三维紊流模型对高层建筑火灾时排烟口布置于走廊顶棚和走廊侧壁时的机械排烟进行模拟。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近10％,走廊内危险性低。在进行排烟设计时应优先考虑将排烟口设置在走廊顶部。     

侧部集中排烟口布置对烟气层吸穿影响研究

侧部集中排烟是新型隧道火灾通风排烟模式.为探究侧部集中排烟模式下烟气层吸穿问题,采用数值模拟方法对排烟口处烟气层热物理特性的影响进行研究,改变排烟口间距、形状(长宽比)、面积、距拱顶距离等因素,分析了发生吸穿现象所对应的温度分布、烟气层厚度及排烟效率.结果表明:侧部集中排烟模式排烟口处发生吸穿现象的区域位于排烟口下部靠火源一侧空间;随排烟口间距增大,烟气层更容易发生吸穿现象;当排烟口面积一定时,排烟口的长宽比越大,排烟口发生吸穿的区域越小,吸穿现象越弱;得到了 15 MW火灾情况下侧部排烟口的最优尺寸、间距及排烟口距拱顶最佳距离.     

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...     

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%。     

环境风作用下室内火灾自然排烟研究

以双区模型思想为基础,对环境风作用下建筑室内火灾自然排烟过程进行理论分析和数值模拟研究。引入风压系数计算环境风对建筑各外表面形成的附加风压,在此基础上对排烟口和补气口处内外压差进行分析,同时对烟气流动分别进行质量和能量守恒分析,建立了有风条件下水平自然排烟口烟气质量流率的数学表达式,并给出了烟气层高度和温度的理论计算方法。实际采用水平自然排烟系统时,应对补气口位置进行合理选择,尽量选择处于迎风面的补气口进行自然补气,使总风压系数为正,以提高排烟效率。     

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.     

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。     

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。