竖井结构中壁面温度对火灾烟气运动影响的计算研究

使用大涡模拟方法研究了不同壁面温度条件下,竖井结构中,竖直壁面间的火灾热烟气和空气运动规律及温度场分布。并讨论了造成分布差异的原因。研究表明,流场中速度、温度和混合分数等参数受燃烧产生的热羽流和壁面温差引起的对流共同影响。温差越大,流场流动速度越大,流场的规律性越强,热烟气在流场中的蔓延速度越快。在温度方面,温度分布随流场变化而呈现不同规律,这里着重讨论了一侧壁面温度不同引起的另一侧壁面附近流场的温度变化。     

烟囱效应作用下火灾烟气蔓延规律模拟

为研究高层建筑火灾烟囱效应产生后的烟气蔓延规律,基于FDS火灾模拟软件,以某高层建筑为例,对比分析了4种不同横截面尺寸竖井烟气蔓延特性,引入竖井无量纲长径比判断烟囱效应明显与否,研究了烟囱效应的产生特征及其烟气蔓延规律,分析了建筑中性面之上楼层的温度、CO体积分数和能见度变化。结果表明：无量纲长径比在8左右时竖井内烟气流速发生突变,竖井内大部分区域烟气流速达到6 m/s,产生明显的烟囱效应;中性面以上的楼层受烟气危害远大于中性面以下,且烟气在中性面以上的水平蔓延速度随层高增加而不断加快;随着火势发展,中性面之上疏散走道温度均超过了安全疏散的临界温度60℃,距离火源越远的楼层CO体积分数达到临界值的速度越快。研究为高层建筑火灾的防排烟设计和人员疏散条件的确定提供了理论依据。     

纵向风作用下竖井自然排烟对隧道内烟气逆流长度的影响

为了研究纵向风作用下隧道内竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响,采用数值模拟的方法,建立了不同竖井高度的全尺寸隧道模型。并选取无竖井排烟的工况作为对照组,模拟不同火源功率下,改变竖井与火源纵向距离时竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响和竖井排烟失效临界风速的变化。结果表明：当纵向风风速较小时,竖井对烟气逆流起抑制作用;随着风速增大,烟气逆流被控制在竖井近域范围内,竖井对烟气逆流的抑制作用减弱;当风速足够大时,烟气逆流将被完全限制在竖井下游,此时竖井排烟作用失效,且对纵向通风气流起到分流作用,烟气逆流长度反而变长。在此基础上,提出了竖井排烟失效临界风速的概念,竖井排烟失效临界风速随竖井高度增加而增大。     

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.     

侧室－走廊初起火灾下烟气运动的模拟研究

本文用盐水模拟的方法，对典型的侧室－走廊结构建筑内初起火灾时烟气运动规律进行了探讨。所得结果不仅有利于探索烟气运动的盐水模拟准则，还对建筑火灾烟气控制和通风排烟设计有参考作用。     

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.     

细水雾条件下小室火灾热烟气降温数值模拟

应用CFD软件FDS对小室火灾过程中细水雾与火灾烟气相互作用进行模拟,研究了火源距离喷头轴向分别为1.0 m、2.0 m和3.0 m,细水雾粒径分别为50 μm、100 μm和200 μm,通风风速分别为1.0 m·s-1、2.0 m·s-1、3.0 m·s-1和4.0 m·s-1条件下热烟气的降温效果.结果表明,火源位于喷头正下方时,烟气温度由1 000 ℃降至50 ℃需要15 s,降温速率大于火源偏离喷头正下方情况.细水雾粒径为50 μm与200 μm相比较,50 μm时烟气降温效果较好,由140 ℃降至50 ℃需要20 s,而粒径为200 μm时需要40 s.不同风速对烟气降温效果与火源位置有一定相关性,火源位于喷头正下方时,风速由1.0 m·s-1增加到4.0 m·s-1烟气温度峰值逐渐减小,降温速率逐渐增大;火源偏离喷头正下方时,烟气温度峰值变化相反,降温速率没有明显变化.     

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。     

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。     

典型竖井结构中毒性烟气运动过程的实验及数值模拟

研究竖井结构内有毒烟气的运动规律的特点,对于发展烟气控制技术,制定合理的人员安全疏散预案具有重要意义.通过高层竖井小尺寸实验,较为全面系统地研究了典型竖井结构内CO浓度场分布以及迁移运动规律.发现相同实验条件下,竖井内CO浓度变化过程随着竖井结构的不同而不同.同时结合FDS模拟及数值分析,讨论了竖井结构形式对毒性烟气迁移的影响.     

障碍物对隧道火灾中竖井自然排烟效果的影响*

为研究障碍物对隧道火灾中竖井自然排烟效果的影响,利用数值模拟方法分析不同的纵向风速和隧道内障碍物所处的不同位置对隧道及竖井内温度场、流场结构的影响,并根据模拟结果计算竖井排出热量。结果表明:随着火源与障碍物纵向距离的改变,在近火源区域,竖井后方会发生吸穿现象;在中间区域,障碍物后方发生边界层分离,烟气层变厚;在近竖井区域,竖井和负压区的耦合作用使烟气层变薄;排出热量随着纵向风速的增大先增加后减少,临界风速为1.5 m/s。     

隧道半横向排烟模式下不同排烟口分布的温度场数值模拟研究

结合某过江盾构隧道,基于三维流体动力学模拟仿真软件平台,建立三维仿真模型,研究火灾发生在隧道盾构段典型区段时,排烟开口在火源上下游不同的分布模式时烟气层的温度场分布。通过分析模拟结果可知:随着火源上游排烟开口逐步增加,火源上游烟气逆流长度和蔓延速度都相对稳定而后又逐步增长,火源下游的烟气蔓延长度先减小而后又基本趋于稳定,下游烟气沉降高度则有所升高;火源位置处正上方温度则随着上游排烟开口的个数逐步增加而逐渐升高。而从其他的排烟开口变化模式模拟结果可知:随着排烟开口面积或者开口间距的逐步增大,烟气蔓延的速度先增加而后又逐步减小,且开口间距为30m左右时烟气蔓延速度相对较慢;排烟开口宽高比对烟气蔓延影响较小。所获得的结论将有助于相关类型工程的设计和管理。     

火源位置对房间-走廊式结构下烟气危害性影响的实验研究

利用小尺寸典型建筑结构实验台选取了两种不同大小的油盘和三个典型的火源位置进行实验,同步获取浓度、温度、质量数据,对准稳态时段内的数据进行分析;以整个火源房间为控制体,以有害组分CO的积分平均浓度及生成率为研究对象,研究了不同火源位置影响下开口的气体质量流率与中性面高度之间的关系,以及火源热释放速率或中性面的高度对CO的浓度及生成率的影响.结果表明,无论火源处于近门角落还是远角,CO积分平均浓度及生成率的数据表明其烟气层的危险性均明显高于火源处于中心时的值.     

大空间火灾烟气流动的动态显示研究

讨论了火灾烟气流动过程的计算机动态模拟方法。利用Ｄｅｌｐｈｉ可视化编程工具,建立了一个融区域模拟计算和计算机动态显示于一体的火灾发展的模拟软件,并以中国科技大学的大空间建筑火灾实验厅为对象,对典型火灾羽流及烟气层的发展过程进行了动态显示。     

有风条件下剧院火灾自然排烟效果分析

为研究某剧院休息厅的自然排烟效果的问题,根据建筑特征设计6个火灾场景。运用理论计算和数值模拟的方法,分别研究不同开窗位置、开窗面积以及环境风速对火灾时的热流场和烟气蔓延的影响。结果表明：不同开窗位置达到临界值的时间为顶窗〉东西立面侧窗〉北立面侧窗;有风条件下3.5%的开窗面积的排烟效果和无风时6%的开窗面积的排烟效果相当。结论是考虑当地环境风速,选择顶部5%和东西侧3.5%开窗方式,增强该剧院的自然排烟效果。     

矿井巷道火灾烟流逆退数值模拟及临界风速研究

为了研究矿井发生火灾后高温烟流的蔓延规律及影响因素,利用COMSOL软件对火区进行数值模拟,建立巷道三维模型,得到火区风流速度与温度分布。通过改变边界条件,分析火风压作用下,火区烟气在不同控制风速、巷道条件作用下蔓延规律,得出不同因素与临界风速的关系,为选取合理的火灾控制风速提供理论依据。研究结果表明:火源温度一定时,巷道入口风速越低,火源下风侧高温烟流越靠近巷道顶部,随着风速增大,向巷道下部蔓延;风速较低时,在火区火风压的作用下,会产生烟流逆退现象,随着风速的增大,逆流层长度和厚度随之减小;巷道入口通风条件不变时,火区温度越高越容易产生烟流的逆退,影响范围越大;巷道高度越高、上行风坡度越小,越易发生逆退现象;不同影响因素与巷道平均温度不成正比关系,其中下行风坡度5~15°时巷道平均温度较高且易于发生烟流滚退现象,影响范围较大;火源温度、巷道条件与临界风速的数据拟合结果对预测巷道的临界风速有较好的参考价值。     

受限空间烟气运动的盐水模拟实验初探

考虑到盐水在清水中扩散过程与烟气在受限空间内运动的相似性，本文用实验的方法，初步探讨了用盐水的扩散来模拟烟气在建筑物（单室）内运动的可行性。并对烟羽流主轴线速度和顶篷水平分层烟气流厚度的生长规律进行了测量。本文所得结果基本合理，正确，对建筑火灾烟气控制和人员疏散有参考作用．     

隧道竖井外流场模拟及风塔外型结构优化研究

为提高长大隧道施工及运营通风过程中竖井通风效率,实现隧道节能通风。依托实际隧道工程,基于Fluent软件,选用RNG k-ε湍流模型,对无竖井风塔、圆柱风塔、矩形风塔和凸台状风塔4种结构、不同环境风速工况下的流场进行数值模拟,并对模拟结果进行交叉比对分析,提出最优化的竖井风塔结构形式。研究结果表明:采用风塔结构竖井出流量要远大于无风塔结构竖井出流量;对于不同竖井风塔外型结构,竖井出流量与环境风速关系呈多项式函数;当倾斜角为45°、圆心角为90°时,凸台结构对应竖井出流量最大,且受环境风影响波动较小,通风稳定性较好。建议竖井出口结构选用矩形或凸台状,实现对环境风的高效利用,提高竖井通风效率。     

火源功率对竖井负压控烟效果影响的实验研究

基于竖井的烟囱效应原理,利用小尺寸实验台开展了一系列实验,通过改变油盘的尺寸,对竖井内的烟气温度、压力、速度以及通风口处的压力、气流速度进行测量,研究了火源功率对房间利用竖井进行负压控烟效果的影响。实验结果表明:一方面随着火源功率的增大,室内温度升高,热烟气形成的热压增大,使烟气向外膨胀;另一方面,竖井底部的烟气温度升高,竖井底部的负压值增大,烟囱效应增强,排烟速度增大,新鲜空气补入的速度增大,逐渐抑制住烟气从通风口向外溢出,达到了负压控烟的效果。