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.     

高架仓库非稳态火灾温度场的数值模拟

通过计算流体软件FLUENT对高架仓库发生的火灾进行了研究,应用涡团耗散模型对机械排烟模式下仓库火灾烟气的特性进行了模拟,详细讨论了不同时刻系统不同截面的温度场分布。结果表明,易挥发物质的燃烧非常剧烈,在火灾发生的初期,系统温度的最大值发生在空气入口附近;持续燃烧2s后温度最大值发生在燃料储存罐周围。机械排烟设备的启动使大量高温烟气导流至室外,烟气出口温度较高。     

不同控烟方式下火灾烟气运动演化规律比较分析

为优化选择与确定最优控烟方式,最大限度地减少人员伤亡和财产损失,利用火灾场模拟软件FDS对南宁市某地下超市火灾烟气的运动过程进行数值模拟,分别探讨了自然排烟、机械排烟、喷水灭火系统、机械排烟与喷水灭火复合系统4种火灾场景下烟气的运动过程,揭示出不同场景下火灾烟气的运动演化规律.结果表明,与自然排烟相比,机械排烟对于降低CO(低0.21％)和CO2(低2.6％)体积分数效果明显,能有效阻止O2(高1.8％)体积分数与能见度降低(延缓120 s);喷水灭火系统能有效降低烟气温度(降低200℃),在一定程度上抑制O2(高1.0％)体积分数的降低;机械排烟与喷水灭火复合系统能有效降低CO(低0.24％)和CO2(低3.4％)体积分数及烟气温度(降低270℃),还能阻止O2(高3.2％)体积分数与能见度降低(延缓160s);机械排烟、喷水灭火系统均对地下超市火灾烟气蔓延有较强的阻碍作用,但每个独立系统的控烟效果远不及机械排烟与喷水灭火复合系统明显.     

地下车库火灾烟气扩散规律的数值计算与实验

为了准确预测火灾烟气运动情况,基于SGS湍流模型与大涡模拟相结合的方法预测地下车库中火灾烟气运动规律,采用简单化学反应模型处理地下车库中小汽车火灾的复杂燃烧过程,采用P-1模型计算烟气运动过程中的热辐射传递。设定了5种不同的计算工况,采用数值计算的方法得出火场烟气、温度分布情况;对其中的部分工况进行了实体火灾实验,并与计算结果相对比。研究结果表明:开启机械排烟比只依靠自然排烟时火场温度上升快,但是在稳定燃烧阶段温度相对较低;当火源功率为2MW时,仅依靠自然排烟时火场能见度为2m,当火源功率为4MW时,考虑机械排烟时火场能见度为10m,低于规定值;数值计算和实验结果一致性较好,说明采用的计算模型合理。     

基于数值模拟的迷你仓消防设计研究

为了优化迷你仓消防设计,确定最优机械排烟量及储柜布置方案,在充分实地调研基础上,总结迷你仓的特点及消防隐患,并运用火灾动力学软件FDS对迷你仓不同的火灾工况进行数值模拟,对能见度、烟气层高度以及温度等参数进行分析,不同机械排烟方案及储柜间距的计算结果显示:迷你仓内部蓄烟能力差,烟气沉降速度较快;常规排烟量烟气控制效果差,排烟量为120 m3/（h·m2）的排烟方案的烟气控制效果明显;当2排储柜之间的距离大于1.5 m时,可有效降低火灾的快速蔓延。     

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%。     

中庭类高层建筑防排烟技术优化设计

理论分析了火源热释放速率对火灾产烟量的影响,对中庭类建筑的排烟方式进行了优化设计.提出火灾初期采用机械排烟、中后期采用自然排烟的优化排烟方案.以徐州某医院内科医技楼为例,通过建立火灾发展模型、设定火灾场景和采用火灾模拟软件FDS对其中庭火灾烟气温度和烟气的蔓延规律进行了数值模拟研究.分析比较了3种火灾烟气控制方案.数值模拟的结果表明,当火源最大热释放速率为4 MW时,火灾初期采用机械排烟、中后期采用自然排烟的排烟方式较只采用机械排烟、或只选取自然排烟排烟方式的效果好,与基于5种羽流模型理论推断的结果相吻合.     

夏季大空间内火灾机械排烟效率的研究

采用全尺寸实验对夏季大空间内火灾机械排烟的效率进行了研究.实验过程中主要测量了火源功率和大空间内的烟气温度两个参数.通过分析大空间内烟气温度的分布规律,得到了机械排烟控制下不同火源功率的大空间内稳定的烟气层高度.根据Heskestad羽流模型计算了烟气生成速率,与机械排烟速率比较得到了夏季大空间内火灾机械排烟的效率.实验结果表明,在夏季大空间中,当火源功率不是很大时,大空间内外的温差使得外界补充进来的空气和火灾生成的烟气更加容易发生掺混,导致机械排烟的效率大大降低;按照规范规定的6次换气率进行排烟,在实验的300～1 000 kW的火源功率范围内,夏季大空间内火灾机械排烟的效率约为30%.火源功率的增大,在一定程度上削弱了空气与烟气的掺混,机械排烟的效率略有提高,但是提高的效果并不是很明显.     

地铁“T”形换乘车站通道火灾通风模式数值模拟研究

为研究地铁“T”形换乘车站通道火灾时站厅不同防烟分区通风系统联动模式的烟气控制效果,采用火灾动力学软件FDS构建了换乘通道内乘客行李火灾场景,对起火通道、两侧站厅通风系统和防火门不同联动模式下的顶棚烟气温度、人眼高度及危险高度的CO浓度和能见度进行计算模拟。结果表明:关闭起火通道防火门能够将烟气控制在局部区域,但会加快通道内CO浓度上升和能见度下降的速度;各防烟分区通风系统均执行排烟动作虽然会导致烟气向两侧站厅蔓延,但危险高度的能见度始终在安全逃生的最低限值以上;烟气扩散至补风防烟分区时,新鲜空气与烟气的掺混将加快烟气沉降速度,不利于人员疏散和应急救援。     

某高层建筑条形走廊排烟口布置方式的研究

火灾中烟气具有很高的温度和毒性,是人员安全的最大威胁.高层建筑发生火灾时,走廊是烟气扩散的重要途径,同时也是人员逃生的必经之路.通过建立高层建筑内烟气流动的数学模型,采用κ-ε双方程三维紊流模型,利用Fluent软件对高层建筑火灾时不同排烟口布置方式下的机械排烟进行模拟.对比分析了高层建筑条形走廊内单排烟口置于走廊顶部、侧壁和采用双排烟口时的机械排烟效率以及走廊内的烟气扩散状况.结果表明,排烟口置于顶棚时比排烟口置于侧壁时排烟效率高近10%,采用双排烟口比单排烟口排烟效率高约7%.在前室门附近设置排烟口,一方面减少了新鲜空气向火场的输送,提高了排烟效率;另一方面,可以在前室门附近的走廊内形成一段危险性较小的区域,有利于人员安全疏散.     

建筑物条形走廊烟气运动特性研究

建筑物走廊是火灾时人员疏散的必经之路,了解走廊烟气的运动规律,对人员疏散与救援具有重大意义。本文对走廊内的火灾烟气进行了数值模拟,得出了不同排烟场景下走廊烟气质量分数及烟气温度的分布情况。研究表明:挡烟垂壁在火灾初期能有效地阻止烟气蔓延;由于其蓄烟作用,应该将其设置在走廊中部。但随着火势的不断扩大,挡烟垂壁效果逐渐减弱,此时必须增设机械排烟机才能及时排出烟气。对比不同机械排烟场景可知,为达到更好的排烟效果,机械排烟口应该设置在挡烟垂壁上游。最后将模拟结果与实验结果对比,验证了本文结论的正确性。     

“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。     

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、烟气运动过程及控制效果。研究结果表明:在半地下有轨电车车站采用自然排烟模式,在规定时间(6 min)内烟气未降至危险高度处,自然排烟模式可用于该类车站通风排烟设计;自然排烟模式下气流组织主要由火灾烟气热浮力控制,无法保持稳定的气流组织与楼扶梯口的补风流速,具有一定的局限性。     

基于空气幕与排烟系统的隧道火灾烟气控制研究*

为研究隧道火灾时空气幕与排烟系统复合模式下的烟气蔓延规律,优化选择防排烟方式,以某越江隧道为研究对象,运用FDS数值模拟方法探究射流速度、排烟量和空气幕与排烟口间距对防排烟效果的影响。结果表明:空气幕与排烟口间距对射流特性与烟气蔓延有较强影响,间距为30 m的控烟效果最佳;空气幕与机械排烟复合作用的控烟效果远优于每个独立系统,可实现可靠挡烟和有效排烟;当火源功率20 MW时,随空气幕射流速度的增加挡烟效果有所增加,但射流速度不宜过大,取20~30 m/s;机械排烟对温度与可见度影响比空气幕作用效果显著,一定程度上增加排烟量可降低所需气幕射流速度;综合考虑防排烟的有效性和经济性,取射流速度为20 m/s、排烟量为100 m3/s为最优防排烟组合方式。     

高层建筑火灾中烟气组合控制设置参数的研究

利用FDS模拟研究走廊中排烟口数量、位置以及挡烟垂壁与缓冲区的结合对高层建筑烟气控制效果的影响,寻找最佳组合烟气控制模式。结果表明,在走廊中部设置1个以排除火灾产生烟气为主的排烟口,在空气幕前方2m处设置1个以排除新鲜空气为主的排气口,并且在排气口后方0.5m处设置1个挡烟垂壁的组合烟气控制模式具有最佳的烟气控制效果。挡烟垂壁离机械排烟口0.5m时,可以有效降低缓冲区及前室的温度和烟气浓度,前室内CO2体积分数下降21.4%,温度下降9℃。当挡烟垂壁离空气幕较近时,走廊内的温度和烟气浓度反而上升。     

纵向排烟与集中排烟下烟气控制效果的对比研究

以某特长公路隧道为研究背景,采用缩尺寸试验测试、数值模拟的方法分别对纵向排烟和集中排烟模式下隧道内火灾烟气的蔓延特性进行了研究,并对比分析了两种排烟系统在火灾工况下对烟气的控制效果。结果表明,纵向排烟模式将火灾烟气控制在火源下游并从隧道出口排出,高温烟气蔓延范围较长;集中排烟模式通过排烟阀将烟气抽离行车道,有效地控制了烟气蔓延和沉降,高温烟气维持在行车道的上部空间,主要通过竖井排出隧道。采用纵向排烟模式的坡度隧道烟气控制受烟囱效应影响较大,而在设置排烟道的坡度隧道中,将排烟阀开启进行自然排烟就能有效地减弱烟囱效应。因此,采用集中排烟模式的防灾安全性能要优于采用纵向排烟模式。