建筑火灾烟气中CO迁移规律的FDS模拟

以T型"侧间-走廊"典型建筑火灾为模拟对象,分析烟气在走廊中的水平和垂直流动特征,并对火源房门高低、走廊端头启闭和多房门启闭等场景使用火灾模拟软件(FDS)进行了模拟和远距离房间CO浓度的迁移规律的分析。结果表明:烟气从火源房间经拱腹溢出在走廊中形成受限空间的顶棚射流;门檐高度决定了CO能够在走廊中的迁移量;烟气在走廊远距离封闭端头形成上部的热烟气层,中部回流层和下层的补气层;其中中部烟气回流层的高低、流速和CO浓度是影响临近非火源房间CO浓度的重要因素。走廊启闭和多房门火灾场景的模拟结果也进一步证明了CO的迁移规律。     

基于FDS的居民楼火灾烟气远距离传播过程研究

利用大涡模拟软件FDS对某居民楼火灾发生发展和烟气传播过程进行数值模拟,探讨烟气质量浓度在侧间-走廊建筑的分布情况。在不同房间的目标位置设置探测点,分析烟气质量浓度、CO体积分数分布。结果表明,距离火源位置最远的房间烟气质量浓度、CO体积分数最高且在短时间内达到致死浓度;烟气更容易在最远的房间聚集,在特定的时间段内,始终比其他房间的危险性要高。对于此类居民楼建筑火灾中的人员安全而言,最远端房间的危险性最高,火灾时要着重注意此区域的疏散。此外,在走廊顶棚上间隔适当的距离设置了挡烟垂壁,并且模拟了该工况下烟气质量浓度分布。结果表明,加入挡烟垂壁后走廊的烟气蔓延相对均匀,各个房间烟气质量浓度更为接近,最大烟气质量浓度也有明显降低,从而延缓了整个建筑达到危险状态的时间。     

不同吊顶材料对燃烧室内和狭长走廊中烟气危害性的影响

选取建筑用材中几种常用的吊顶材料,研究火源以及火势迁移等因素对狭长走廊中烟气危害性的影响.试验在小尺寸实验台上进行,研究了采用不同吊顶材料时燃烧室和走廊中烟气的体积分数峰值、峰宽时间及到达峰值的时间,揭示了烟气的危害程度.试验表明,不同吊顶材料对火灾中烟气的危害性有明显影响.复合板吊顶材料能够显著增加烟气体积分数峰值并缩短到达峰值的时间,其烟气体积分数峰值约为单纯钢板吊顶情况下的两倍.PVC吊顶材料在同样火灾载荷下的塌落倾向最明显.     

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%。     

楼梯井内烟囱效应对着火房间燃烧和溢出烟气的影响研究

实验研究了楼梯井内的烟囱效应对着火房间燃烧速率、补风速度、羽流温度等的影响.实验在一个模拟尺寸的十二层的楼梯井实验台内进行,实验时开启楼梯井顶层直通室外门.火灾时楼梯井内的烟囱效应加速了空气在楼梯井内的对流,使火源区从外界单侧卷吸空气,形成着火房间单侧强补风下的燃烧,燃烧速率比开放空间下的燃烧快,同时使得火焰向前室一侧倾斜,出现火焰"分岔"现象.与火源位于一层的工况相比,当火源位于六层,且首层门开启时,楼梯井内下部空气向上部烟气的掺混较大,着火房间门口进风速度减小,羽流的倾斜角度变小,温度较高,而当首层门关闭时,则减小了楼梯井下部空气与上部烟气的掺混,使得楼梯井内的上部烟气温度较高.     

无风条件下火灾时建筑外立面烟羽流形态特征研究

为探究高层建筑火灾时着火房间烟气外溢对外壁面及上层房间造成的影响,根据相似原理搭建4∶1缩尺寸试验台,开展燃烧试验;在无风条件下,设定不同的窗户高宽比和火源功率,分析外壁面的烟羽流形态特征变化,以及烟羽流宽度的变化;探讨上层房间的温度及CO浓度变化。结果表明:窗口处的高宽比大于1和火源功率较小时,热烟气对外壁面的加热作用不明显,且对上层房间和相邻房间的影响较小;控制高宽比和火源功率能抑制烟气溢出所成的危害。     

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。     

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.     

大型综合购物广场中庭火灾烟气的数值模拟

中庭火灾的烟气流动与控制数值模拟是性能化消防设计的关键。借助Fluent软件,以广州某广场中庭为实例,考虑火源位置和补风口位置两因素,设计了不同的中庭类建筑火灾场景,并建立了数值模型。结果表明:当补风口稍高于火源时,不仅对火源的影响较小,还有利于烟气的排出;烟气中的CO向远距离处迁移时浓度变化较小;发生火灾时,中庭底部烟气的毒性危害高于烟气的高温危害。     

通风开口对轰燃影响的数值模拟

轰燃是建筑火灾中的一个重要的火现象,室内局部火的发展过程中,热烟气向水源基底辐射,在一定条件下会产生正反馈,导致热烟气温度和火源释放速率急剧增加,从而转变成遍及整个房间的大火,轰燃的产生与否受到很多因素的影响,尝试利用CFAST对轰燃现象进行数值模拟,讨论了不同的通风开口条件对轰燃发生时热烟气温度和热释放速率的影响,计算机结果表明,当开口面积固定时,竖直开口比水平开口需要更大的火源释热速率,另外也指明了,多数情况下用CFAST对轰燃进行计算是可能的,但在某些临界条件下计算会终止。     

商业区与轻轨站厅开口处防火分隔失效时人员安全疏散评估

针对相连接部位开口处的防火分隔失效时人员能否安全疏散进行评估,研讨人员安全疏散评估过程中所采用的定性分析和定量分析方法。以某商场与轻轨站相连接开口处为例,考察当防火分隔耐火性能失效后,商场内人员和轻轨站的人员能否从火灾中得以安全疏散;通过火灾模拟的方法,采用BuildEvac和FDS软件分别对火灾时人员疏散状况和火灾烟气的蔓延情况进行人员疏散模拟和火灾烟气运动模拟。根据模拟计算结果,对商场内人员和轻轨站人员的安全性进行详细分析和讨论,从而得出实例评估结论:当排烟系统正常工作时,即使防火分隔(防火卷帘)失效,火场环境对商业区和轻轨站的人员生命安全在整个疏散过程中均不会构成威胁,所有人员都能安全疏散到安全地点。     

室外风作用下竖井结构内火灾烟气运动规律研究

室外风是影响高层（超高层）建筑火灾蔓延的主要因素。通过数值模拟六个不同火灾场景温度场、能见度及CO浓度场变化过程,定量总结了不同风向、风速条件下侧向全开竖井结构内烟气运动规律。模拟结果发现,迎面风作用下,竖井内会产生较高滞止压力,中性面位置上升,上部烟气加速向竖井下部蔓延,下部烟气通过开口排出;背面风作用下,中性面位置...     

火源位置对腔室火流动特性影响的实验研究

腔室火流动特性是影响腔室火灾蔓延与通风状况的重要因素。通过一系列小尺度腔室火实验,研究了火源位置变化对腔室火流动特性的影响。实验结果表明,随着火源沿腔室底部从壁面向开口方向移动,在开口中性面以上,同一高度处压差与流速增大,中性面高度和烟气层高度均降低,并导致开口质量流率增大。与火源强度相比,火源位置变化对烟气层高度的影响更为显著。火源位置对中性面高度及烟气层高度的影响在壁面处及开口处更为显著,腔室中部位置变化的影响相对较小。火源由壁面向开口移动,会造成火焰高度降低和水平伸长量增加。基于实验数据,给出了考虑耦合火源位置的腔室内火焰水平伸长量的表达式。研究结果可为相关场景下的腔室火灾理论模型提供实验结果支撑。     

某地下商场防火分区划分对人员安全疏散的影响研究

防火分区面积、人员疏散距离、疏散宽度等方面难以满足现有消防规范的要求是目前大型复杂建筑消防设计中经常遇到的问题。利用火灾安全工程学进行性能化分析是解决这类问题的一种方法。防火分区面积大小不仅会影响到烟气的控制效果，同时也会引起人员疏散距离和疏散宽度要求的变化。因此防火分区的划分应该和人员疏散结合起来综合优化考虑。本文主要针对一个地下商场的防火分区划分问题，进行了烟气运动和人员疏散的模拟计算，比较两种防火分区划分方法的优缺。     

地下岛式地铁站台火灾时全封闭屏蔽门开启模式研究

为研究4种屏蔽门开启模式下地下岛式站台火灾时排烟效果,本文采用大涡模拟进行计算,研究的开启模式包括开启两侧共4个端门、开启两侧首尾活动门及中间活动门和开启一侧所有活动门、开启两侧所有活动门。着重研究站台危险高度和楼扶梯口处烟气温度、CO浓度、可见度以及顶棚烟气温度。研究发现火灾发展阶段开启两侧屏蔽门首尾及中间活动门的排烟效果最好,火灾稳定阶段开启一侧所有活动门排烟效率较高,开启两侧所有活动门虽然能够加大烟气流出开口,但是排烟效果最差。     

A numerical study on the feasibility and efficiency of point smoke extraction strategies in large cross-section shield tunnel fires using CFD modeling

The strategy of smoke control is of high importance for the design process of tunnels, especially for long and large cross-section tunnels. The South Hongmei Rd. Tunnel (SHT) located in Shanghai, China, is a 3.39 km long shield TBM (tunnel boring machine) tunnel with an external diameter of 14.5 m. The point smoke extraction system was proposed initially as the main ventilation strategy during a tunnel fire. To investigate the fire characteristics in the tunnel and develop appropriate smoke control strategies, a series of numerical 3D Computation Fluid Dynamics (CFD) simulations were conducted. Three fire scenarios, namely 5 MW, 20 MW and 50 MW, were modeled to evaluate the point extraction system. The gas temperatures, the stratification of the smoke, air temperature, minimum visibility etc., during the smoke spreading of a fire were analyzed. Based on the results of the simulation, the smoke extraction strategies according to fire scale and fire location were proposed for fire extinguishing. It was found that the three-point extraction opening strategy can control the smoke better than two-point extraction opening strategy under various fire scales, especially under serious fire scenario. From the results, damper openings ranged at closer intervals were found more efficient in two-point extraction system. Besides, placing the damper openings in the longitudinal direction can improve the efficiency of smoke extraction. It also results in reduction of the quantity of prefabricated members of duct slab and the process of assembly will be simplified during the construction.     

凹型建筑外立面火灾烟气蔓延特性研究

为了研究凹型建筑外立面火灾烟气蔓延特性，对高层建筑凹槽内火灾烟气“三场”数值模拟。研究表明:结构因子α（进深与槽宽之比）的变化导致凹型建筑结构内呈现不同的火灾烟气蔓延规律；当α为0~0.4时，建筑凹槽内的火灾烟气无烟囱效应；当α为0.6~1.2时，建筑凹槽内的火灾烟气呈现一定的烟囱效应，其火灾烟气温度场、CO浓度场、扩散速度场变化显著；当α>1.2的，建筑凹槽内的火灾烟气烟囱效应显著。     

高压电力电缆隧道火灾早期预警判据的实验研究

我国城市架空高压电力线路已逐渐下地进入电缆隧道,其中的火灾防控系统是保护整个电力输送安全与稳定的重要一环。搭建了高压电力电缆隧道火灾烟气模拟与测量实验平台,针对电缆受热着火燃烧的典型工况,研究了隧道两端不同开口状态下的顶棚各位置CO浓度、CO2浓度、烟颗粒浓度和温度的变化特征。结果表明,顶棚位置CO浓度和烟颗粒浓度可作为火灾早期预警的优选标志性参数,而CO2浓度和温度较不适合。设定CO浓度和烟颗粒浓度的预警阈值分别为10 ppm和0.05 dB/m,各顶棚位置均可实现报警,各工况下,不同顶棚位置报警时间呈以火源正上方探头为最早报警的V字形分布。此外,电缆隧道两端的开口状态对隧道内CO和烟颗粒运动产生一定影响,进而影响不同预警参数的响应灵敏度,即两端开口时,CO浓度预警模式更早响应,而两端关闭时,烟颗粒浓度预警模式更早响应。研究结果对高压电缆隧道火灾预警系统的设计具有指导作用,也可为未来高压电缆隧道的相关预警标准提供基础。     

单跑楼梯井内火灾过程的数值模拟

针对单跑楼梯井内的火灾过程,采用大涡模拟方法,通过改变单跑楼梯井顶层门的面积,探讨了门面积的改变对楼梯井内火灾过程中空气卷吸量、排烟量、楼梯井内平均氧气浓度以及楼梯井内外压差的影响,分析了火灾烟气流动的动力学特征。研究结果表明,随着单跑楼梯井门开口面积的增加,空气卷吸量和排烟量均增加,井内平均氧气浓度增加而井内外压差逐渐降低。计算结果显示,在火灾场景中,当单跑楼梯井顶层门面积较小时,以上物理量对门高度的变化更为敏感。