典型环境自动喷水灭火过程的数值模拟研究

数值模拟研究的手段就是将火灾过程中的确定性规律抽象成控制火灾过程的数学表达式（微分方程或代数方程）,通过对控制方程的求解来模拟再现这种规律．用场模拟的方法对ISO9705火灾标准试验间的两种火灾进行数值模拟,并与相同条件下的实验结果进行比较分析．在此基础上,对标准住宅环境的喷头布置及喷头在不同流量下的灭火情况用场模拟进行数值模拟研究,并对上述情况下的热释放速率和设定温度点的温度变化情况进行规律性分析．给出用数值模拟方法对自动喷水灭火系统的工程应用和研究是可行的结论,为消防系统设计提供了理论依据．     

建筑火灾中基于大涡模拟的场区复合数值模型及其应用

结合大涡模拟技术,采用体积守恒压力修正的区域模型发展了一种新的火灾过程场区模拟程序.采用低Mach数近似下的三维可压缩Navier-Stokes方程,和有限差分法计算了滤波后的控制方程,对着火房间内的烟气运动过程进行有效的模拟.对一个模型多室建筑以及一个真实尺寸多室建筑内的火灾烟气运动过程进行数值模拟,并将模拟结果与实验数据进行对比.结果显示该方法能够较好地描述建筑火灾中的烟气运动规律.其模拟结果能够为建筑消防安全的性能化设计提供参考.     

建筑火灾区域模拟研究

用区域模拟方法对建筑火灾进行了较为系统的研究，给出了其常微分控制方程组，鉴于该方程组存在刚性现象，采用Ｃ．Ｗ．Ｇｅａｒ刚性为求解这组方程，还对建筑火中分的模化进行了讨论与研究，既吸取一些较为成熟的模型，又改进并发展了其中部分模型，在此基础上编制了建筑火灾多室区域模拟程序，并将数值模拟结果与实验进行了对比，两者符合良好，还简要评述了区域模拟的特点及待进一步研究的问题 。     

地铁火灾的盐水实验与计算机数值模拟

为了认识地铁火灾烟气的流动规律，达到为消防设计提供相关资料并采取合理消防措施的目的，采用缩尺盐水实验与计算机计算流体力学数值模拟相结合的方法对地铁火灾进行研究．研究受限空间火灾烟气运动的手段主要有全尺寸火灾实验、小尺寸模拟实验和计算机数值模拟3种．实验模拟了列车着火和站台着火2种情况，得到了地铁火灾的烟气流动规律，比较并分析了计算流体力学数值模拟与盐水实验得出的烟层无量纲高度和无量纲时间．计算流体力学数值模拟与盐水实验得到的烟气到达楼梯口所需时间相差为1．5—2s，到达远侧楼梯口所需时间相差7．2s．二者之间存在着一定的误差，但误差不大．同一时刻，数值模拟比盐水实验得到的无量纲烟层高度高0．1左右，变化趋势一致．结果表明，实验条件选取合理，方程模型选用和边界条件设置恰当，盐水实验与计算流体力学数值方法模拟地铁火灾均是可行的．     

高层住宅安全疏散设计与优化

运用火灾模拟软件FDS(fire dynamic simulation)及人员疏散仿真软件Pathfinder对某高层住宅内人员遇火灾时的安全疏散进行研究,并基于火灾模拟结果及疏散模拟结果提出安全疏散措施及方案.研究结果表明:火灾发生时,通过关闭建筑内部的防火门可有效阻止着火房间烟气的蔓延,增大出口宽度可有效减少人员疏散时间,采用不同的楼梯电梯协同疏散方案会导致疏散时间的不同.因此,对高层住宅业主加强火灾安全教育,在火灾发生时采取合理的疏散方案可有效提升住户的逃生率.     

狭长通道内火灾烟气毒性成分空间分布的实验

利用模拟狭长通道的小型实验台研究了火灾烟气传播过程中毒性成分的空间分布规律．结果发现，烟气成分的分布沿着水平方向呈现不同的特点，在远离火源的位置呈上下两层分布，符合两层区域模型，而在离火源较近位置则递变分布，则须用场模型或者多层区域模型评估．实验表明，烟气毒性成分的浓度峰值随高度的降低呈现明显的阶梯变化，在过渡区段骤升骤降．实验测量到，CO和CO2迁移时浓度峰值在远离火源处仍然保持相当高的浓度甚至高于火源近处的浓度，这与火灾中很多遇难者死于远离火源位置的结果是一致的．     

区域模拟方法在性能化防火设计工程中的适用性

以区域模拟软件CFAST和场模拟软件PHOENICS为工具，选取了性能化防火设计工程中的两种典型火灾场景计算结果进行比较，体现出区域模拟方法在工程应用中的适用性特点．分析了区域模拟结果不合理的原因；验证了CFAST区域模型仍适用于规则大空间，不适用于尺寸比例超过10的狭长竖高空间的结论；提出了一种针对不能合理划分单元的复杂火灾场景，在单元间采用等效开口面积体现烟气运动影响的新的建模方法；数值实验结果表明该方法是可行的．     

基于BIM-CFD的变压器防火墙火灾性能化设计

为了研究不同火源条件下变压器火灾的动力学过程以及防火墙对火灾的控制作用,根据已有的变压器火灾实验资料,结合建筑信息模型(Building Information Modelling,BIM),采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法验证和分析了双火源、总热释放速率为15MW条件下,火灾烟气蔓延、温度分布变化及防火墙的防火功能.结果表明:McCaffrey经验公式计算火灾烟气浮力羽流区温度的精度较高;有无纵向水平风及防火墙对着火变压器相邻的变压器均具有保护作用,但会使得着火变压器上方的电缆所处区域温度升高,需验证电缆的耐火性能.研究结果对深入掌握变压器火灾动力学发展规律及防火墙的优化设计有重要作用,对装配式变电站的安全运营具有参考价值.     

细水雾与热烟气相互作用数值模拟研究

使用CFD软件Fluent对火灾中热烟气与细水雾的相互作用过程进行了数值模拟研究。比较了灭火过 程中不同粒径细水雾在流场中的运动及其对灭火效果的影响,并研究了细水雾对着火房间火焰辐射的散射作用 及细水雾的聚合破碎过程对灭火效果的影响。模拟结果表明辐射是火灾中主要的热传递过程,粒径较大的水雾 比较容易离开回流区到达燃烧反应区。房间细水雾的通过吸收和散射作用减弱辐射强度,水雾在喷射初期可能 使燃烧速率增大,这些结果与实验事实相符     

高校宿舍走廊火灾烟气运动的数值模拟

建立了一个简化的高校宿舍走廊模型,采用美国国家标准和技术研究院(NIST)开发的FDS模拟软件对宿舍进行火灾模拟,得出了烟气温度、一氧化碳浓度以及能见度等在走廊的变化规律:当火源热释放速率为1 500 kW时,走廊内高度越高,烟气温度和CO浓度(体积分数)越高,可见度越低;着火房间近端和靠近走廊尽头的隔墙处的危险性要大于走廊的中段处。研究结果可为高校宿舍火灾烟气的有效控制、人员疏散、火灾扑救提供理论依据。     

建筑火灾温度的场网复合模拟

针对多功能建筑模型,构建了场模拟和网络模拟之间的联接平台,对特殊受限空间(着火室和大空间房间)采用场模拟,对体积均匀受限空间采用网络模拟.将场、网单独模拟的结果相互作为彼此交界面的边界条件,实现了模型建筑在特定火灾场景下的场一网复合模拟.复合模拟可以清晰地提供特定火灾场景下特殊受限空间内烟气各物理量分布的详细信息,还可以足够准确地预测建筑内各受限空间的烟气运动特征,满足了求解精度和求解速度的要求.     

Simulation of a compartment fire using a zone model

This paper presents the zone modeling analysis of a single compartment flashover fire. Two criteria are applied in the model to judge the onset of ignition for different combustibles. By calculating the total received energy through radiation or the surface temperature of the combustible, the fire growth can be quantitatively determined. The improved zone fire model shows the influence of different combustibles upon the fire growth. This model is better than the traditional zone model because the common criteria of flashover, i.e. an upper layer temperature of 600℃ and the heat radiation intensity received by the floor of 20 kW/m^2, have not been applied in it.     

大型商场开敞空间防烟分区内烟气运动的模拟

针对大型商场火灾危险性严重的典型部位,运用数学模化和计算机模化的方法,采用双层区域模型,建立了开敞式空间防烟分区内烟气流动过程的数学模型和计算机模化软件CSMOKE.应用模拟系统对防烟分区内火灾初期的烟气流动情况,包括烟气的产生量、烟气层的温度以及烟气层厚度随时间的变化等进行预测,并对影响火灾发展主要因素的影响规律进行了研究.同时,分别以汽油油盘和标准试件为燃烧物开展了大型商场开敞空间防烟分区的实体火灾试验,获取了火灾和烟气运动的特性参数.模拟计算结果与实测结果的误差在20%以内.     

玻璃幕墙建筑的火灾特性

为分析幕墙建筑的火灾危险性,借助FDS模拟软件,建立全尺寸双层玻璃幕墙建筑模型,并对低楼层火灾特性进行数值模拟。结果表明:发生火灾时,双层幕墙间温度近似"V"字型分布;随着幕墙间距的增加,幕墙侧面高温点增多,玻璃随机炸裂的危险性急剧增大;随着时间的增加,起火房间的高温点向幕墙转移;起火房间内的CO浓度较高,且高层房间的CO浓度高于低层房间。该结果为幕墙建筑火灾防范提供了理论依据。     

基于地震损伤次生火灾概率研究

地震的发生会破坏原有的自然平衡和社会稳定,易引起一系列二次破坏,这种破坏在空间上和时间上可能比地震本身更具危害性.其中,火灾是建筑物主要面临的地震次生灾害之一.云南大学新校区地处昆明市呈贡区,位于小江断裂带和普渡河断裂带之间,属地震多发区,且学校内部建有化学实验室和食堂,地震发生后极易引发次生火灾.为了研究校园区域地震次生火灾的发生率,通过MATLAB程序调用SAP2000对一幢RC框架结构进行非线性时程分析,基于Park-Ang双参数损伤模型求解结构在不同强度等级地震作用下的损伤D值,并结合实地调研构建适用于不同使用功能建筑的次生火灾起火概率模型,为云南大学震后火灾救援工作和基于性能的抗震防火设计提供参考.     

基于WRF模式研究动态风场对林火蔓延预测的影响——以西昌“3·30”森林火灾为例

风场是影响林火蔓延行为最关键的因素之一。许多林火发生在地形复杂多变的山区,会产生复杂的局部风场。为探究动态风场对林火蔓延预测的影响,以“3·30”西昌泸山森林火灾为研究对象,利用WRF(weather research and forecasting)模式模拟动态风场,并与林火蔓延模型耦合。分别将模拟风场和均一风场分别输入林火蔓延模型,基于林火蔓延过程中实际火场范围数据,分析动态风场对林火蔓延模型预测结果的影响。结果表明,耦合WRF模式和林火蔓延模型考虑了分辨率更高、且更为准确的局部风场,能够实现对森林火灾蔓延的动态模拟。预测得到的火场范围和均一风场相比,与实际范围具有更高的相似度。     

A multi-layer zone model for predicting temperature distribution in a fire room

Modelingoffireinacompartmentcanbeachievedeitherusingazonemodelingmethodoracomputationalfluiddynamics (CFD )modelingmethod .Themostcommonzonemodelisthetwo zonemodel.Themaincharacterofthismodelisthatitdividestheroom (s)intoahot ,upperlayerandacooler,lowerlayer ,andthatthephysicalpropertiesofeachlayer ,suchasitsgastemperatureandspeciesconcentrationsarealluniform .Somemodelsofthistypehavebeendeveloped[1～3] ,andacomprehensivereviewoftheexistingtwo zonefiremodelscanbefoundinreference [4 ].Thecomp…     

基于BIM模型的火灾探测器自动布置方法研究

当前,建筑设计单位普遍使用AutoCAD绘图软件进行房间内火灾探测器的布置工作。绘图软件的硬性束缚导致建筑设计可视化程度较低,且建筑设计涉及设备种类多、布置数量大,易导致绘图出错、效率较低等问题。本研究提出一种基于BIM模型的火灾探测器自动布置方法,依托JavaScript创建火灾探测器自动布置插件。主要方法是通过三维凸壳增量算法求得模型凸包,结合三维模型布尔运算得到模型内部空间,再根据规范明确房间内探测器布置数量和布置方式,完成对建筑房间内火灾探测器的自动布置。