基于FDS模拟的大型商业综合体中庭火灾人员疏散研究

通过对某大型商业综合体中庭烟气流动、烟气现状和人员疏散进行模拟分析,对中庭火灾烟气流动及其影响因素进行了研究;分析了起火位置、火灾荷载并进行了人员疏散等参数的确定;得出了大型商业综合体中庭发生火灾时,烟气不会对人员构成危害的结论.通过烟气模拟和人员安全疏散计算,表明人员能够安全逃离火灾区域;保证中庭内喷淋系统、排烟系统等消防设施的正常工作,是保障中庭火灾发生时人员能够安全疏散的基础要求.     

大空间中庭及周边房间烟气运动和消防设计

采用数值模拟的方法,对大空间中庭结构内火灾及周边房间火灾的烟气运动情况进行了分析。着重分析了周边房间发生火灾后烟气及热羽流对上层房间的影响和烟气在中庭顶部的积聚和沉降情况。分析结果表明,在大空间内合理设置排烟系统对保证其消防安全至关重要;在大空间中庭内部排烟充分的情况下,可将大空间中庭作为与之相通的建筑结构的蓄烟空间和排烟途径,在其消防设计中可对中庭设置普通开口而不设置机械排烟系统。分析结果为大空间中庭及其周边房间的消防安全设计与评估提供参考。     

烟道气的冷凝传热与脱硫的实验研究

实验研究了锅炉烟气在轴流式塑料螺旋板空气预热器中的传热特性．与圆管内和圆形套管内层流单相对流换热进行了比较．具有烟气冷凝的对流换热研究反映冷凝换热与单相对流换热具有同等重要性,与纯蒸气冷凝换热有明显不同,也不同于湿空气去湿过程．采用修正后的古典膜模型对烟气冷凝的计算与实验结果有较好的一致性．伴随烟气冷凝,烟道气中所含SO2和NO2被冷凝液吸收,降低了有害气体浓度．     

浅谈中庭烟气管理系统

在中庭和其他大空间建筑中没有传统的建筑分隔，这些建筑分隔对于防火保护有重要作用。而且，在这种大空间建筑中，喷淋系统的作用是十分有限的。在这种情况下，中庭烟气管理系统的作用就显得十分重要。它的主要作用是：在中庭中保持一个极限环境，从而使人员不会受到火灾所产生的烟气热的危害。这就要求在规定的逃生时间内，保证烟气层存在于规定的逃生安全高度以上。中庭烟气管理系统主要有3种方式：烟气填充、自然排烟和机械排烟。文中简要的介绍了这种方式的设计方法和原则，从而保证在中庭火灾中人员的安全。     

中庭建筑内颗粒物浓度空间分布的模拟

在与相关实验研究结果进行比对的基础上，利用数值模拟的方法描述了中庭空间的流场分布和中庭内环境空气中的粒子浓度分布。结果表明，气溶胶粒子浓度的空间分布将受到中庭内部顺时针局部气流涡旋的影响；粒径和背景风速亦影响粒子浓度的分布，并低于背景浓度值．因此，中庭建筑结构可以有效地降低开放式空间内的粒子浓度．     

侧室—走廊烟气运动特性的盐水模型

运用盐水实验模拟方法与液体双染色技术研究了侧室点火源烟气在走廊内的发展过程和运动特性,证实了走廊内存在着明显的烟气空气分层现象,且烟气在走廊内对环境空气的卷吸作用可忽略不计．通过研究侧室点火源位置、强度等与走廊烟气层运动速度之间的关系,得到了走廊烟气运动的无量纲速度与侧室火源强度无关的结论．最后,应用单室点源羽流模型,通道重力流模型和相似理论,并结合分析实验结果,建立了走廊烟气运动速度的盐水模型．     

火源热释放速率对中庭火灾自然排烟的影响分析

利用计算流体动力学的方法,以连通地铁站和商业区的中庭为模型,研究了火源热释放速率对中庭火灾自然排烟策略的影响.火源热释放速率分别设为2,3,4 MW,模拟结果表明:中庭采用自然排烟策略,当室外环境温度低于5℃时,火源热释放速率由2MW增大到4MW的过程中,自然排烟策略失效;当室外环境温度高于25℃时,烟气可由中庭天窗稳定排出,且随着火源热释放速率的增大,自然排烟效果增强;随着室外温度的增加,中庭内外温差减小,火源热释放速率的变化对中庭自然排烟的影响减小.     

外界风影响瘦高型中庭自然排烟的CFD模拟研究

自然排烟是控制中庭火灾烟气的主要方法,其排烟效果受环境风压的影响,极易形成“烟囱效应”.利用CFD模拟方法,对影响中庭自然排烟的因素进行分析,研究结果表明：自然排烟条件下,当中庭自然排烟口位于迎风面且风速为5 m/s时,进入中庭内的冷空气量较大,产生的惯性力较强,能够使中庭的自然排烟效果失效,火灾产生的烟气蓄积在中庭底部不能排出;当中庭自然排烟口位于侧风向时,风在自然排烟口表面形成剪切流,对中庭起到了封闭作用,不利自然排烟的进行;两种典型风向条件,均不利于中庭自然排烟系统发挥作用,自然排烟系统的稳定性较弱.     

热辐射对中庭火灾烟流的影响

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紊流流动的场模型，引入6通量辐射换热模型，分析热辐射对中庭火灾烟流的影响，并将辐射换热损失计入壁面传热损失，简化辐射换热模型计算，采用PHOENICS通用软件进行数值计算。结果表明，由于中庭温度相对较低，较射换热的影响较小，将壁面传热系数取最大值，从而将辐射换热的影响计入壁面传热损失的计算方法是可行的，应进一步完善数学模型，引入燃烧子模型。     

多相物质的有效导热系数

对由固体球状颗粒和经历了相变的充填物所组成的多相充填床建立了数学模型,对充填物的熔化和凝固过程进行了数值计算,并在此基础上计算了由不同相所组成的区域内的有效导热系数．运用特殊的数学方法处理相变过程中潜热的释放或吸收,分析了导热参数的变化对有效导热系数的影响．得出有效导热系数的计算结果：对于玻璃球冰充填床,为１５６Ｗ／（ｍ·Ｋ）,和实验结果的相对误差为２５％;对玻璃球水充填床,为０７８Ｗ／（ｍ·Ｋ）,和实验结果的相对误差为３８％．这表明：用数值计算的方法研究多相物质的有效导热系数是一种行之有效的手段     

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.     

喷淋冷却与自然排烟耦合作用下烟气沉降研究

通过理论分析,建立了喷淋冷却与自然排烟耦合作用下火灾烟气层沉降的理论预测模型,并开展了相应的实验,把实验结果作为输入参数代入模型,得到了不同实验条件下烟气层的沉降结果。结果表明,喷淋冷却与自然排烟耦合作用下,烟气沉降速度相差很小;喷淋作用后,烟气层最终沉降高度降低;随着压力的增大,烟气层最终沉降高度相差较小。     

顶部排烟耦合细水雾作用下的火灾烟气特性

利用长宽高为6m×15m×2m的隧道模型，进行了顶部排烟和细水雾灭火实验.通过对各测点烟气温度、火焰温度、CO含量及能见度的测试，分析了不同的顶部排烟以及细水雾耦合作用模式对火灾烟气的控制效果.结果表明:顶部排烟加快了柴油燃烧速率，顶部排烟耦合细水雾的冷却作用明显.在火灾增长阶段(50s)，细水雾耦合顶部排烟对于烟气控制效果最优；在火灾充分发展阶段(90s)，细水雾耦合顶部排烟作用易引起沸溢及轰燃，且细水雾喷洒瞬间，火焰强化现象最明显，CO含量迅速上升.顶部排烟对于能见度的提高效果明显；单独施加细水雾虽然能起到控制烟气的作用，但会使能见度进一步降低；在顶部排烟的耦合作用下，烟气经细水雾吸附沉降后能见度的提高速率增大.     

长大公路隧道火灾温度场分布试验研究

为了掌握长大公路隧道内的火灾行为,提升秦岭特长公路隧道的火灾安全性,进行了火灾时隧道内温度场的纵向、横向分布规律及温度场扩散范围的大比例(1:6)火灾模型试验.模型隧道内径为1.8 m,长100 m.隧道内的风速在10 m/s范围内.试验中设定了3个火灾规模用以模拟实际的隧道火灾场景.试验中隧道内烟流温度通过CAN数据采集系统自动记录.试验结果表明,横向温度分布呈现拱顶最高,拱腰、边墙次之,底部最低的规律.对纵向温度分布而言,火区温度最高,随着远离火区温度逐渐降低.火灾规模及通风速度对温度分布及温度扩散范围具有明显的影响.随着火灾规模的增大,隧道内各点烟流温度及影响范围均增大.而随着通风速度的增大,温度扩散范围增大,火区最高温度降低,隧道内温度分布趋于均匀.此外,根据试验成果对结构防火措施、设备布置方案、火灾时通风风速的设定以及行车距离的限制等给出了合理的建议.     

风门启闭对船舶机舱火灾烟气蔓延影响的模拟对比研究

利用火灾区域模拟基本原理和使用方法,对扑救难度较大的船舶机舱火灾烟气运动进行了研究分析。结果表明:通风口开启与关闭对机舱烟气的界面高度、烟气层温度、平均压力、烟气中O2、CO浓度等运动迁移规律有较大影响。关闭全部通风口进行封舱灭火需要把握良好的时机,封舱过早或过迟都会使火灾损失增大,并且,封舱灭火时,尽可能不提前开启舱门,过早进入火场。开启舱门时会发生高温烟气冲击伤人事故,并将导致因开启舱门而进入新鲜空气造成火灾复燃后果。模拟结果对机舱火灾的扑救具有一定指导意义。     

The zone-particle model for building fire simulation

An effective fire and smoke propagation model is important for evaluating building safety, indicating safe rescue paths in emer-gencies, and determining proper control strategies. In this paper, a new model to simulate smoke propagation and to characterize mixing behavior is developed. In this model, a function considering the mixing behavior between the hot smoke and cool air is introduced to better resolve the temperature and smoke profiles in the vertical direction. Smoothed particle hydrodynamics (SPH) approach is used to obtain the function distribution through reconstructing velocities of marker particles and determining locations of particles in each layer in the zone model. The fundamentals of the model are presented in detail in this paper. A test (a simple building with experimental data and CFD simulation) is used to verify the model, in which experimental data and CFD simulations are compared to predictions from the new model and those from a two-layer model implemented using CFAST (Consolidated Model of Fire and Smoke Transport, developed by NIST). Favorable agreement of the new model results is seen with experiment data or CFD simulations. The new model also provides more accurate prediction of temperature distribution in comparison to the two-layer model.     

不同通风方式下地铁区间隧道火灾烟气特性分析

为了解不同通风方式下隧道火灾烟气的运移情况,开展了管道热烟实验;进行了不同通风方式下火灾烟气运移的数值模拟;分别采用理论计算和数值模拟方法得到了不同火源热释放速率的纵向临界风速。结果表明:纵向风速较小时管道中的烟气呈现层状运动,风速较大时烟气分层现象消失;车厢内烟气的温度高于车厢外相同高度的烟气温度;采用数值模拟得到的临界风速低于弗洛德临界模型的计算结果;相同火灾功率时压入式通风临界风速比抽出式通风临界风速略小。当隧道内产生速度不小于2 m/s的纵向风时,可将烟气限制在火源的下游隧道。     

中庭类建筑火灾烟气流动的数值模拟

火灾场景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,考虑烟气产生量、烟气排放量两因素,设计两种中庭类建筑火灾场景,并建立数值模型。模型边界条件为:环境温度20℃,排烟口速度分别为15.741、11.111 m/s,补风口速度1.107 m/s。模拟结果表明:在火灾发生300、900 s时,两种场景在6 m处的温度场小于60℃,CO质量分数小于0.15%;900 s时烟层沉降高度分别为14.0和11.5 m,三者均符合性能化评定标准。该研究对中庭烟气控制系统的工程设计具有实用价值。     

环境湿度影响受限空间池火的实验

为了分析高湿环境下火灾发展和烟气蔓延的复杂性和不确定性,本文搭建了3.6m×1.2m×1.4m的受限空间实验模型,以直径600mm的酒精作为火源,在室温(20±2)℃和相对湿度［(30%~90%)±5%］范围内调整受限空间环境条件,测试模型空间内燃料的质量损失速率、池火火焰温度、上部热烟气层平均温度、火焰对周围环境的热辐射、地面接收到的热辐射、火焰根部O₂浓度、烟气中CO₂浓度等参数,分析不同环境湿度条件下受限空间池火的发展规律.实验结果表明,常温条件下,环境湿度达到90%左右时,燃料的质量损失速率、火焰对周围环境的热辐射、火焰温度和上部热烟气层平均温度均显著下降,火灾旺盛阶段持续时间延长,熄灭阶段温降梯度减小.因此,常温环境中,相对湿度90%的高湿条件下池火的发展和蔓延会受到显著抑制.     

基于板壳理论充填开采覆岩破坏分析方法的构建

充填开采覆岩的破坏过程不同于垮落法开采,为研究充填开采覆岩“两带”的发育过程,应用板壳理论构建了分析覆岩破坏过程的力学模型和“两带”高度的计算方法,得出当等效采高的变化突破某个临界值时,“两带”高度会出现跳变.以西马煤矿1327工作面为研究实例,采用构建的力学模型和计算方法,分析得到1327工作面充填开采后的断裂带高度为12.800 m,垮落带高度为0 m.现场实测得到1327工作面的断裂带高度为10.7 m,不存在垮落带.理论分析和现场实测得到的结果吻合,可见构建的力学模型和计算方法精度较高.