火源位置对室内火灾的影响研究

为研究火源位置对室内火灾传热传质及烟气危害性的影响,利用火灾动力学模拟器构建室内火灾模型,并开展室内火灾模拟试验;设置3种不同火源位置场景,通过小尺寸火灾试验来验证数值模拟程序及参数,确保计算结果的合理性后,进行数值计算;探讨在3种场景下的速度场、温度场及烟气的剂量有效分数(FED)的变化。研究表明:水平方向上,室内火灾通过门对室外最大影响范围为房间水平长度的66. 7%;当火源位置处于房间地面几何中心时,从开始着火到烟气具有致死性所需的时间最长,比最短场景多21. 75%。     

全尺寸船舶机舱火灾烟气填充研究

为研究机舱火灾烟气蔓延的特点,进行了全尺寸机舱火灾烟气填充试验,在试验舱室内设置4个不同尺寸的填充物,研究不规则截面舱室的烟气沉降规律,同时改变油池尺寸和抬升火源研究火源功率和火源高度对烟气温度分布和烟气层沉降的影响。结果表明:随火源功率增大,顶棚和侧墙的温度升高,烟气的沉降速率增大,当火源功率较小时顶棚温度较低,以温度为阈值的消防喷头失效;将火源抬升4 m时烟气温度及烟气沉降速率均升高,但烟气层稳定在8 m高度,舱室底部形成一个相对安全的空间。另外,基于Zukoski羽流模型和质量守恒,推导出不规则截面烟气沉降理论预测模型,与前人的模型对比,该理论模型预测值更接近实际观测值。     

火源功率对室内变压器火灾燃烧特性影响研究

为了研究不同火源条件下变压器火灾动力学过程,利用全尺寸变压器火灾试验,验证了隐蔽、立体、多尺度的变压器火灾数值模拟的有效性,模拟5,10,15,18 MW火源功率下变压器室内火灾烟气蔓延、温度分布变化。研究结果表明:火源功率对烟气蔓延速度和温度分布影响较大,当火源功率在18 MW以内时,变压器油燃烧时间在30 s内,产生的热均不会使变压器室内壁面和顶棚处的烟气温度超过300 ℃,没有达到混凝土的耐火极限。     

基于全尺寸火灾试验的高速列车火源功率确定分析

如何科学设定火源功率是研究高速列车火灾防治的基础和关键,目前大多数研究均基于假定火灾设计,缺乏系列全尺寸火灾基础试验数据,对此国内外研究尚处于空白。本文以CRH1为研究对象,采用全尺寸火灾试验,分别对车厢座椅、行李、窗帘等车厢内主要可燃物引燃特性、质量损失速率、烟气释放速率、温度场分布等火灾参数及燃烧行为特性进行定量分析;在此基础上,运用热释放速率分段线性叠加、质量损失速率计算及t2稳定火源模型等方法计算分析,最终创造性提出高速列车车厢火源功率应为37MW,进而为高速列车火灾危险性分析及火灾综合防治技术研究提供科学理论依据。     

火源位置对L型管廊电缆火灾影响规律的数值模拟研究

选取某城市L型综合管廊电缆舱为研究对象,采用FDS数值模拟软件研究了不同火源位置对L型管廊电缆火灾温度纵向衰减规律、烟气浓度分布规律及烟气危害性的影响。研究结果表明,L型廊道构型影响了不同火源位置的管廊电缆火灾最高温度纵向衰减的连续性,基于热边界层理论提出了适用于L型管廊的二维平面最高温度纵向衰减模型。基于峰宽时间计算了L型管廊火灾的烟气总危害性参数,不同火源位置的烟气危害性总在靠近管廊节点位置处最低。这些结果可对综合管廊的消防设计与火灾防控提供参考。     

坡地建筑外立面火灾温度演化研究

针对坡地建筑外立面开口火溢流行为,为了预测不同坡地角度时圆形开口建筑火溢流的外立面热羽流温度分布规律,采用1∶8缩尺寸建筑火灾模型,开展圆形开口建筑火溢流实验研究。结果表明:在建筑火灾燃烧状态稳定下,对于确定开口尺寸、火源功率以及坡地坡度(倾斜挡墙)下,带有圆形开口的燃烧室内温度基本均匀且保持一致;针对圆形开口建筑,倾斜挡墙坡度越大,外立面的温度越高;基于热羽流温度实验数据,建立考虑不同开口尺寸、火源功率和倾斜挡墙角度影响下圆形开口建筑火灾溢出热羽流的竖向温度预测模型。     

多层建筑火灾烟气运动的模拟实验研究

火灾烟气是导致多层建筑火灾中人员伤亡的主要原因。结合多层建筑的实际情况 ,利用缩尺度模型实验楼模拟多层建筑火灾的典型情况 ,对其火灾烟气自火源产生后的运动特性进行实验研究。结果表明 ,烟气沿程由于热交换温度不断降低 ,会迅速达到顶部楼层并立即沉降 ,而且不同工况条件下所包含的有毒成分浓度随着火源温度的升高而上升。实验结果的分析能够较好地符合实际火灾的一些典型调查结果。     

横向电缆火灾试验与区域模型数值模拟

基于自然通风条件下受限空间内的横向1、2、3和4层电缆燃烧试验,验证双区域模型模拟横向电缆火灾动力学过程的可靠性。首先,根据横向电缆火灾试验中测量的室内温度场的变化,证明横向电缆火灾过程基本符合双区域模型假设。然后,比较区域模型预测值与试验测量值,得到了区域模型预测的误差范围为0.004~0.169。研究表明,双区域模型能够可靠地模拟室内横向多层电缆火灾过程。此外,基于间隔0.15 m的4层电缆的燃烧,研究了区域模型火源设置(即设置1个火源和设置4个火源)对模拟结果的影响,结果表明,设置为1个火源得到的最大误差达31.1%,而设置为4个火源的模拟结果相对更加可靠,其误差不超过6%。因此,对横向多层电缆火灾过程的区域模型预测,建议将每层电缆设置为单个火源。     

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。     

双室火灾烟气特性的实验研究

本文在１／２缩尺建筑模型中，取双室－走廊结构，以标准木垛为火源，对建筑火灾的初始阶段进行了实验模拟。着重研究了火灾初期的烟气特性及其变化，包括烟气温度及烟气中ＣＯ＿２气体和炭颗粒浓度。本文目的在于在探索和发展中等尺寸火灾实验模拟手段和方法的同时，定性地确定火源功率对烟气特性的影响，并积累一定的实验数据，为建筑火灾的分析和模化提供实验基础和依据。     

中庭火灾烟气流动数值模拟

根据中庭火灾特点 提出了考虑辐射换热损失和壁面传热损失、不考虑燃烧过程、视火焰为体积热源,浮升力作用下火灾烟气湍流流动的场模型,并将辐射换热损失计人壁面传热损失,简化辐射换热模型计算,运用该场模型对中庭模型实验装置火灾烟气流动进行了数值模拟,采用通用软件PHOENICS进行数值计算,研究表明,数值模拟结果与中庭模型实验装置火灾试验结果吻合;以热源模拟火焰的方法对分析中庭火灾烟流发展规律可行。     

全尺寸巷/隧道火灾风烟流温度预测模型与验证

为探究巷/隧道火灾热动力灾害的演化规律,基于能量守恒定律和热量转换关系,建立巷/隧道火灾风烟流温度演化的预测模型;考虑巷道分叉和汇合对烟气蔓延和温度的影响,构建分叉和汇合巷道内烟流温度随时间变化的演化模型。通过开展全尺寸巷道火灾实验以及与国内典型隧道火灾试验数据对比,对理论模型进行验证。研究结果表明：理论模型所呈现的烟气温度随时间的变化关系,能较好地反映火灾发展的3个阶段,烟气温度的变化趋势符合火灾火源燃烧特性曲线;理论模型能够准确地预测顶棚最大烟气温升以及温度纵向衰减现象,烟气最高温度预测值与实验结果的误差率在15%以内。研究结果可为巷/隧道火灾时期的烟气控制和救援提供理论参考。     

基于Pyrosim的宿舍楼火灾模拟分析

为研究不同火灾工况对宿舍楼火灾过程的影响,应用Pyrosim对某大学东六宿舍进行火灾动态模拟,对比分析了宿舍大楼所有门窗全开状态和着火房间窗户闭合、门在20 s后打开的状态下,宿舍楼各部分温度、烟气层高度、门窗热流量及烟气蔓延特点。Pyrosim模拟结果表明,在火灾爆发的前20 s内,火势发展与门窗开合状态无关。在火灾中后期,门窗全开状态下,着火房间的温度及热流量较低、烟气层离地的高度较高,着火房间上方的宿舍受烟气影响较为严重;而在着火房间窗户闭合、门在20 s后打开状态下,横向走廊及各层楼梯处受烟气影响较严重。     

火灾烟气危害定量评价模型THVCH及其应用

为更加准确地评价实际火灾烟气的危害性,针对以往烟气毒性定量评价方法N-GAS和FED模型的不足,提出了一种新的火灾烟气危害性定量评价模型THVCH(Toxicity,Heat and Visibility Comprehensive Harmfulness)。实际火灾烟气的危害包括烟气毒性和烟气高温辐射。两者都具有时间累积效应,人员在火灾环境中的暴露时间越长,所受到的伤害越大。烟气的遮光性是影响火场中人员暴露时间的重要因素,低能见度下人员疏散所需要的时间是高能见度的3.8倍。THVCH模型在考虑烟气毒性的同时兼顾了能见度对人员暴露时间的影响以及高温辐射对人体的伤害。以重庆开县5.5火灾为工程背景,运用大涡模拟技术对其火灾过程进行数值重构。在此技术上采用N-GAS、FED和THVCH模型对不同阶段的火灾危害性进行了评价,证明了火灾烟气危害评价中考虑能见度和高温辐射的必要性。     

基于人工神经网络的烟气及温度实时预测模型*

为监测建筑火灾事故区域的危险程度,实现更加安全、高效的火灾应急救援,以通廊式建筑为研究对象,基于转置卷积神经网络及数值模拟方法开发1种可实时预测走廊位置处烟气扩散和温度分布的神经网络模型。首先,依托Python建立包含全连接、转置卷积、反池化等在内的19层神经网络模型的整体架构;其次,建立包含99个火灾场景,共7 920组图像数据的火场信息数据库用于模型训练;最后,使用测试集对模型进行可靠性验证。研究结果表明:烟气（温度）预测模型在不同火灾场景下的预测精度达到95%,训练完成后模型的预测时间一般为1~2 s。研究结果可为应急策略的快速制定提供数据参考。     

火灾中的烟气毒性研究

建筑火灾中致人死亡的因素除了热以外,更多的是因为烟气的毒性,因此加强对烟的特性进行研究显得十分迫切。本文首次介绍了2种常用的烟气毒性的评估方法,然后综述了不同规模的实验技术,并着重介绍了火灾早期特性实验台。最后阐明了烟气毒性研究今后的发展方向。     

地铁站火灾烟气三维动态场模拟

由于城市地铁的建设在我国迅速发展,地铁站的火灾防范和安全疏散成为一个重要的研究课题。为了探讨地铁站火灾烟气的发展流动规律,笔者根据我国大多数现有地铁站的建筑结构模式建立了双层地铁车站的物理模型,并采用CFD的方法完成了火灾烟流三维动态的场模拟。在模拟中采用Rosseland辐射模型,将火源设定为放热量随时间变化的热源。计算结果表明在没有机械通风的情况下,烟气6分钟就将充满整个地铁站,人员难以在规范要求的时间内安全疏散。该研究成果可以为地铁站火灾发生时人员的安全疏散及烟气的控制提供一定的理论基础。     

双层玻璃幕墙全尺寸火灾实验研究

针对双层玻璃幕墙实际应用中的消防问题,采用全尺寸火灾实验的方法对火焰和烟气在双层幕墙结构中的传播进行了分析研究.在建立实体实验模型时采用同工程设计和实际构造相同的双层玻璃幕墙,并按实际尺寸搭建了一座2层的楼房模拟客房床垫中央着火、客房床垫角落着火和客房整体失火3种工况,并对火源热释放速率、幕墙玻璃内外侧温度、火焰和烟气运动过程进行了测量和观测,得出了火焰传播过程和烟气在幕墙夹层内运动特征及双层玻璃幕墙结构临界破碎温度、破碎时间等耐火性能特性.