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。     

高层建筑利用竖井排烟的全尺寸实验研究

通过开展全尺寸实验,对不同竖井高度、火源功率下,室内、补风口、竖井的温度变化,以及补风口、竖井内速度变化进行分析研究。结果表明:竖井内温升随距离竖井底部距离增加呈指数规律衰减,竖井内排烟速度随距离竖井底部距离增加逐渐减小。火源功率一定时,竖井高度增加,烟囱效应增强,控烟效果变好,当竖井高度由2.8 m增加至5.6 m时烟囱效应增加最显著;火源功率增大,烟囱效应也增强,但室内热压力的增大不利于补风口控烟,需适当提高排烟竖井高度或减小补风口面积。     

竖井横截面积对隧道自然排烟效果影响的实验研究

在1∶6尺寸城市隧道实验台上开展了一系列试验,研究了不同火源功率、竖井横截面尺寸条件下隧道自然排烟竖井的排烟效果。结果表明,竖井的横截面尺寸直接影响竖井内烟气运动的驱动力大小,从而影响排烟效果。在一定的火源功率下,竖井横截面积过小时难以有效排出烟气,面积过大将会产生过于强烈的烟囱效应,导致排烟口下方空气被直接排出,排烟效果显著下降;竖井横截面积一定时,在不同的火源功率下,竖井放置方式同样影响竖井的排烟效果。     

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。     

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.     

竖井排烟口对L型高层建筑烟气流动特性影响的模拟研究

为了研究竖井排烟口对L型高层建筑烟气流动特性的影响,建立L型高层建筑火灾的数值模拟模型,以温度、CO浓度和窗口气流速度为指标,探讨在不同排烟面积下高层建筑内部结构的烟气流动特性。研究结果表明:6层为建筑的中性层位置,随着排烟口面积增大,烟气蔓延到竖井顶部的时间缩短,对中性层以下走廊的烟气控制效果增强;火灾发生在中性层以下时,中性层以上窗口气流速度为负,烟气溢出;320 s为温差变化的分界点,在320 s之前,排烟口面积与温差绝对值成正相关,320 s之后则成负相关。     

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。     

某机场航站楼自然排烟系统有效性的热烟试验研究

在许多高大空间建筑中安装有自然排烟系统,而随着空间高度增加,火灾烟气温度降低,浮力减小。在某机场航站楼二楼办票大厅进行了全尺寸火灾试验,对大厅顶部的电动自然排烟窗的排烟有效性进行检验。试验中火源为甲醇池火,添加发烟剂作为示踪粒子。共进行了6组不同排烟口面积和火源功率的试验,通过测量火源附近大厅上部烟气温度分布和排烟口速度验证自然排烟的有效性。结果表明,自然排烟窗能有效排出烟气,控制烟气沉降,降低火灾危险性。     

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。     

高层建筑管道井内烟气运动大涡模拟

采用火灾过程的场模拟理论,以大涡模拟为基础,分析了火灾烟气流动过程的动力学特征;为了验证大涡模拟数值方法的准确性,针对Mercier和Jaluria竖井内的实验工况进行了模拟研究,其模拟结果与试验结果吻合较好,表明大涡模拟可以较好地预测竖井内烟气流动情况;通过设定不同的火灾场景,对不同火源功率和不同几何尺寸条件下管道井内烟气的流动过程进行了数值模拟,其结果给出了不同的几何尺寸和火源功率对管道井内所形成“烟囱效应”的影响情况。笔者的模拟和研究表明:大涡模拟可较准确地预测高层建筑管道井内烟气的流动状态,对高层建筑的防火设计具有指导性作用。     

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。     

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。     

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。     

长廊型高层建筑烟气组合控制模式的比较分析

为研究长廊型高层建筑中常用烟气组合控制模式的效果,以一幢17层的长廊型高层建筑为研究对象,设计了8种烟气组合控制模式,包括设置挡烟垂壁、机械排烟口、加压送风口及防烟空气幕,并采用计算机模拟软件FDS进行模拟分析,以得到最佳防排烟设计方案。同时,进行相关实体试验来验证模拟的正确性。结果表明,有防烟空气幕的控制模式可以很好地阻挡烟气并控制烟气的扩散,且最佳烟气控制模式是在走廊段中部设置1个排烟口及挡烟垂壁,前室门前设置防烟空气幕并在前室内设置正压送风口。研究表明,这种模式不仅可以及时排除烟气,还可以形成一个较大的缓冲区域,阻止烟气进入疏散通道,保证人员安全疏散。     

长走廊内烟气组合控制的数值模拟与试验研究

为研究适用于高层建筑火灾中烟气控制的组合控制模型,提出通过设置防烟缓冲区来改善传统前室正压送风系统,并且与其他烟气控制方式相结合建立组合模型。设计并实施狭长走廊建筑的火灾烟气全尺寸风洞试验;在试验基础上,采用Fire Dynamic Simulation(FDS)软件模拟该风洞在相同试验条件下的火灾现象,对模拟结果和全尺寸试验的数据进行比较分析,发现2者规律吻合,且平均温度误差率为4.08%,验证所建模型的合理性。研究结果还表明在与防烟缓冲区组合中,30 m内走廊段只需设置一个排烟口,且排烟口位置以靠近火源为宜,其排烟效率为72.1%;此外还需要在排烟口后增设挡烟垂壁,来加强排烟效果,从而达到组合模型的最佳烟气控制效果。     

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。     

半横向排烟下公路隧道火灾烟气逆流长度规律研究*

为研究不同因素对半横向排烟模式下公路隧道火灾烟气逆流长度的影响规律,采用理论分析推导火灾烟气逆流长度与火源功率、排烟速度、排烟口面积和排烟口间距4个因素的无量纲关系式,运用数值模拟研究不同因素下火灾烟气的运动规律,最后拟合得到烟气逆流长度的无量纲关系式。结果表明:在半横向排烟模式下,烟气逆流长度随火源功率的增大而增大,呈正相关关系;随排烟速度的增大而减小,随排烟口面积增大而减小,随排烟口间距的增大而减小,呈负相关关系;对数值模拟的结果进行拟合,得到相应的烟气逆流长度无量纲关系式。研究结果有助于了解半横向排烟模式下烟气流动规律及控制原理。     

地下换乘大厅火灾烟气温度分布研究

为合理设置城市综合交通枢纽地下换乘大厅排烟口高度,基于Froude准则,搭建比例为1∶10的地下换乘大厅机械排烟-补风试验平台。利用平台和数值模拟方法,试验研究地下换乘大厅火灾烟气在3种不同热释放速率(HRR)及4种不同排烟量条件下的温度分布,并探究排烟口高度的5个数值所对应的排烟效率。结果表明:HRR是影响地下换乘大厅烟气温度的主要因素,HRR越高,顶棚烟气温度越高;排烟口高度对大空间排烟效率影响较小;烟气竖向温度分布在6 m高度处出现明显分层现象,就净空高度为10 m的换乘大厅而言,排烟口宜设置于顶棚以下2~3 m处,此工况下排烟效率较高。     

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%。     

地下交通枢纽站火灾烟气控制数值模拟研究

地下交通枢纽站火灾时烟气控制策略是人员疏散安全的重要因素。地下交通枢纽站科学合理设置机械排烟和送风,在火灾发生时,可以有效降低毒气造成的人体伤害,控制伤亡损失。选取广州珠江新城地下交通枢纽站作为分析案例,分析如何合理布置机械排烟口以及机械送风补风口,利用CFD技术分析地下交通枢纽站的排烟补风策略,比较三种烟控模式,探讨利于人员安全疏散的最佳烟气控制策略。