不同空气湿度条件下凹型超高层建筑窗口羽流火焰的数值模拟分析

目的 探究凹型超高层建筑在不同空气湿度条件下对窗口羽流火焰发生融合高度的影响以及窗口温度分布规律.方法 对凹型超高层建筑火灾模型在空气湿度为20％、40％、80％条件下,采用火灾动态仿真模拟软件PyroSim进行数值模拟,通过对不同工况下窗口温度分布等温线和其温度曲线进行分析,并引入危险温度540℃、350℃.结果 在...     

不同风速条件下村镇木结构建筑防火间距的数值模拟研究

目的 探究风速对木结构建筑防火间距的影响规律,为我国村镇木结构建筑火灾防治提供参考。方法 采用PyroSim火灾动态模拟软件对西南地区典型穿斗式木结构建筑的火灾发展过程进行数值模拟,探索不同风速条件下的温度、热辐射通量密度的变化规律,揭示风速对木结构建筑防火间距的影响规律。结果 数值模拟计算结果表明：当燃烧时间为600 s时,木结构建筑进入燃烧充分发展阶段,且起火房间上方处的温度和热辐射通量密度值最高。木结构建筑防火间距随着风速的增加而增加,且在风速为4 m/s时出现极大值;当风速高于4 m/s时,热量加剧扩散并导致防火间距出现降低的趋势;对于采用不同品种建筑木材建造的木结构建筑,当风速为0～5 m/s时,数值模拟计算的木结构建筑防火间距值为4.24～8.22 m。结论 综合考虑地形、地势以及大气环境等不确定因素的影响,西南地区村镇木结构建筑的防火间距应大于12 m。     

侧墙结构多窗口羽流火焰的数值模拟分析

目的探究侧墙结构对横纵向多窗口羽流火焰及其融合的影响,分析在侧墙上设有窗口条件下羽流火焰的温度分布情况,为同类高层建筑外部火蔓延的防控提供参考依据.方法采用火灾动态仿真模拟软件Pyro Sim对侧墙上设有窗口的建筑类型进行火灾模拟,通过对所设置工况的数值模拟研究,分析窗口温度曲线及温度等温线,并引入危险温度T、T1及T2.结果横向相对两窗口及纵向相邻两窗口的羽流火焰未互相融合;横纵向四窗口、纵向相邻三窗口及横纵向六窗口的羽流火焰能够相互融合,危险温度高度比单窗口提升了4~9 m;单侧纵向多窗口的危险温度能够影响到对向侧墙外立面.结论侧墙结构引起的烟囱效应与羽流火焰相互作用,提升了危险温度高度;单侧纵向多窗口羽流火焰融合后的危险温度能够危及对向侧墙.     

偏二甲肼池火灾热动力学特性数值模拟

为探究偏二甲肼池火灾热动力学特性,对无风和有风环境下的偏二甲肼池火开展了系列数值模拟。讨论了无风时油池尺寸(1m~9m)对火焰结构、轴向及横向温度分布和辐射热流密度等热动力学特性的影响,有风时偏二甲肼池火热动力学特性随环境风速(1m/s~4m/s)变化的规律。结果表明：无风环境下,随油池边长增大,偏二甲肼池火火焰高度由2.67m增大至13.22m,火焰最高温度从1006.23℃逐渐增大到1160.92℃,横向辐射热流密度随距离增大而减小;有风环境下,风速从0 m/s增大至4 m/s的过程中,池火火焰高度减小,火焰倾角从0°逐渐增大到82.3°,轴向温度分布规律在风速达到1.5 m/s后变为单调下降,下风侧温度及辐射热流密度由于火焰倾斜显著增加;拟合得到可准确预测无/有风环境下火焰高度、火焰倾角及横向辐射热流密度的工程关联式,偏差均在15% 以内。     

不同通风模式下隧道酒精池火热传递过程

为分析不同通风模式对于池火热传递过程的影响,在隧道模型内进行直径0.5 m酒精池火实验,测试和对比燃料质量损失速率、火场温度、火焰辐射热和对流换热热通量.结果表明:在0.5 m/s纵向排烟模式下,旺盛阶段连续火焰区火焰辐射热通量比自然通风条件增加了30%左右,这对火灾热传递过程控制不利.在0.8,1 m/s纵向排烟条件下,旺盛阶段连续火焰区火焰辐射热通量及上部热烟气层温度显著降低.0.5 m/s顶部排烟显著降低了旺盛阶段连续火焰区火焰辐射热通量,火灾最晚达到旺盛阶段,较早进入衰减阶段.0.5 m/s顶部排烟是本实验条件下最佳的排烟模式.     

风向对某超高层建筑等效静风荷载的影响

风向和平均风速联合分布是风荷载的基本特征之一,本文研究风向对某超高层建筑等效风荷载的影响,主要包括以下三个部分:(1)获取建筑物所在地区气象站的风向风速气象资料,并统计得到各个风向上的设计风速;(2)对某超高层建筑进行36个风向角下的刚性模型同步测压风洞试验,试验中模拟了周围建筑对超高层建筑的干扰作用;(3)结合各个风向上的设计风速,基于风洞试验结果,用随机风振理论计算超高层建筑的等效风荷载.本文得到的结论为超高层建筑设计提供参考.     

多窗口羽流火焰高度计算公式及其影响因素

目的研究高层建筑纵向相邻多窗口羽流火焰的融合机制,引入危险温度T、T1及T2,分析危险温度高度与各影响因素之间的变化规律.方法采用软件PyroSim对不同窗口尺寸、火灾荷载密度以及纵向窗口数量等因素影响下的火灾建筑模型进行数值模拟,并根据模拟所得数据绘制窗口温度时间历程曲线与纵向温度分布等温线.结果纵向相邻多窗口羽流火焰出现了融合现象;危险温度T1和T2所处高度在纵向相邻两窗口比单窗口提升了2. 1～4. 0 m,纵向相邻三窗口比纵向相邻两窗口提升了0. 05～0. 8 m.结论纵向相邻两窗口羽流火焰的危险温度T1和T2所处高度与纵向相邻三窗口相似,对于同类型的高层建筑外部火蔓延的防控,考虑纵向相邻两窗口的危险温度分布即可满足要求.     

通风环境下保温材料XPS的火灾特性

在0,0.6和1.2m/s机械通风条件下,实验研究不同火源距离和火源位置时挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)的火灾行为、引燃特性及烟气特性.结果表明,随着风速的增大,XPS表面火焰蔓延速度逐渐增大且较早出现结焦现象.通风风速和火源位置相同时,XPS引燃时间与火源距离近线性相关;火源位于垂直墙面位置时,风速从0.6m/s增加到1.2m/s,XPS最大引燃距离从0.2m缩短至0.15m.与其他工况相比,风速为0.6m/s时,烟气温度达最大值,且氧气、二氧化碳及一氧化碳浓度变化量最小,XPS燃烧速率随着风速的增加先增大后减小;当风速较小时,氧气浓度增加对XPS燃烧起主导促进作用;随着风速的进一步增加,其热效应对燃烧的抑制作用显著增强.     

喷头位置对羽流火焰高度影响的数值模拟研究

目的研究喷头位置对窗口羽流火焰高度的影响,揭示羽流火焰高度和喷头位置之间的变化规律,为高层建筑多火焰融合作用下的外部防控技术提供理论依据.方法采用火灾动态模拟软件PyroSim对房间不同位置放置喷头的火灾模型进行数值模拟,通过对所设置工况的模拟研究,分析窗口温度曲线及温度等温线,并引入危险温度T、T_1及T_2.结果喷头位置明显影响窗口羽流火焰高度,喷头分别放置在距窗口2 m、3 m处和距火源中心2 m、3 m处与放置在距窗口1 m处相比,窗口羽流火焰T的高度提高了0.38～1 m,T_1的高度提高了0.2～0.38 m,T_2的高度提高了0.21～0.32 m.结论随着喷头位置距窗口和火源中心的距离增大,羽流火焰高度明显提高,但由于火源位置的随机性,实际安装中无法预知火源位置,故建议选择喷头位置距窗口1 m处,即易于安装,又能有效降低羽流火焰高度.     

高层建筑凹型结构外立面火灾竖向蔓延规律数值模拟

在城镇化发展进程中,高层建筑作为容积率大,容纳人数多的一种独特建筑结构形式得到了迅猛发展,与此同时也给城市带来了较高的建筑火灾风险,尤其是随着凹型外立面墙体结构的设计使用,使得建筑火灾蔓延特性受到了显著影响。通过FDS数值模拟技术对不同凹型外立面结构因子影响下的火场温度、火焰前锋蔓延速率进行了研究,结果表明凹型外立面火灾竖向蔓延烟囱效应较明显;火焰前锋高度随时间符合指数函数变化关系,且当凹型外立面结构因子?=0.5时,火灾前锋竖向蔓延速率达到最大。据此提出防火挑檐的合理设置可有效阻止火势沿凹型外立面向高处相邻住户蔓延。研究成果对凹型外立面建筑结构消防安全优化设计具有一定的理论指导意义。     

捕风系统通风性能的数值模拟

捕风装置作为一种新兴的自然通风技术,在气候温和地区,比如英国的建筑中,得到了普遍应用.基于广泛使用的计算流体动力学(CFD)商用软件Fluent,对一种常见的方形截面捕风系统的通风性能进行了研究.建立了0.5 m/s、1 m/s、2 m/s、3 m/s、4 m/s、5 m/s、6 m/s风速和0°至45°范围内4个风向角条件下500 mm边长的方形捕风系统模型.CFD模型计算结果与实验结果在低风速下吻合良好,认为在高风速下有相对较大的误差是由于空气进口的均匀性变差引起的.通过模拟图像能够观察到捕风装置风道内部详细的气流运动,这样就很容易确定使用实验手段难以辨别的4个风道的送排风作用,从而可以利用数值模拟手段给出改进的计算结果.对捕风装置的性能与外界风速和风向的关系也做了讨论.与风道测试相比,CFD软件容易方便地得到结果,为设备的改进发展提供全面的设计参考.     

线火源与点火源在巷道火灾中烟流特性对比

为揭示井下线火源与点火源诱导火灾的不同,达到有针对性的进行矿井火灾防治,依据两种火源类型的燃烧特性,应用火灾动力学模拟软件FDS,建立了符合井下火灾燃烧特点的矿井平巷火灾模型,模拟对比分析了两类火源在相同火灾场景下烟气运动过程、速度分布及温度衰减规律.研究结果表明:在1.2 m/s风速条件下,线火源在顶棚射流过程中烟气的水平运动速度大于点火源,烟流逆流长度较长;巷道中截面火源附近速度最大,可达3.5 m/s,由于节流作用和输送机的遮挡,上风向顶板附近及输送机后部风速减小.顶板最高温度随火源距离的增大出现衰减,且线火源的衰减速度小于点火源,竖向温度由巷道顶板向底板方向递减.因此,线火源的火灾危害性更大,在火灾防治中应该给予更高的关注.     

深凹露天矿采场内流场分布规律的试验与数值模拟

运用现场测试和数值模拟相结合的方法,对深凹露天矿采场内的流场分布规律进行研究.以首钢水厂铁矿为试验矿山,在5个现场试验点观测不同垂直高度的风向、风速.现场测试结果表明,当风速为1~2m/s时,西南和东北方向的来流风进入采场内均形成复环流结构;当风速达到47m/s及更大时,5个测点风向与来流风向相同,未观测到采场内形成复环流结构.同时基于Gambit技术建立矿体的几何模型,应用流体力学Fluent软件对该深凹露天矿在不同风速条件下的流场分布进行数值模拟.模拟结果表明,随着风速的增加,矿区内复环流中心的位置逐渐升高,范围宽度和中心厚度也逐渐增大.数值模拟结果与现场测试结果相似.     

南京长江隧道工程火灾数值模拟与分析

运用火灾动力学模拟软件PyroSim对南京长江隧道纵向通风进行模拟,找到不同通风速率条件下火灾蔓延的规律,并得到隧道温度和烟气分布状况,选择3.0 m/s为纵向通风临界风速.在此基础上结合南京长江隧道现有的消防及应急救援系统,对临界风速下隧道结构安全性能进行分析与评估,所得结果为南京长江隧道工程的防火性能提供依据,同时也能为类似工程提供参考.     

池火灾环境下海洋平台的温度场

采用ANSYS FLUENT软件对某海洋平台进行池火灾环境下的温度场模拟,模拟过程中考虑海洋环境风速及挡风墙的影响,得到池火灾的发展趋势、平台温度场的空气温度分布和较安全的挡风墙设置情况.结果表明:无风情况下海洋平台甲板内的池火先上升到顶部甲板处,再缓慢向周围扩散,平台顶部温度很高,底部温度较低;在主风向处设置挡风墙,可以防止有风情况下池火灾火焰在平台上的蔓延,降低池火灾对周围设备的危害.     

综合体建筑裙房进深区域火焰蔓延研究

目的 研究综合体建筑中的裙房进深区域对综合体建筑火焰蔓延的影响,为该类建筑的防火设计提供参考。方法 应用火灾数值模拟软件PyroSim建立不同裙房进深条件下的综合体建筑模型,分析该模型在竖向不同连续窗口数量下的温度分布等温线。结果 在不同的裙房进深下,达到危险温度540℃和250℃时,火焰融合高度及火焰高度均随着裙房进深的增加明显下降;随着裙房进深依次增大,温度达到540℃时火焰融合高度下降了1.39%～12.85%;温度达到250℃时火焰高度下降了0.03%～13.99%。结论 增加综合体建筑中裙房进深可以明显降低火焰融合高度,降低火灾危险性。     

方形截面超高层建筑全风向气动阻尼的试验研究

超高层建筑质量小、阻尼低,极易在设计风速下产生明显的气动弹性效应,出现明显的气动阻尼.考虑一阶线性弯曲模态,制作了方形截面超高层建筑的单自由度气动弹性模型,高宽比8∶1,模型比例1∶600,进行风洞试验测量了各风速下建筑顶部的加速度响应,采用随机减量方法对全风向下方形截面超高层建筑的气动阻尼进行识别.其中,顺风向和横风向的气动阻尼结果与文献结果趋势吻合良好.研究结果表明:当风向角在84°~90°范围内时(90°为横风向),气动阻尼特性与横风向结果趋势一致;当风向角在0°~12°范围内时(0°为顺风向),气动阻尼特性与顺风向结果趋势一致;在某些特定的风向角下(例如16.5°),临界风速降低,气动负阻尼的起始风速也降低.     

通风环境中不同油水比例柴油池火的燃烧特性

在不同风速和油水比例条件下进行柴油池火实验,通过对火场温度、辐射热通量、燃料质量损失速率的测定和喷溅现象的观察,分析通风环境和油水比例对柴油池火燃烧特性的影响.结果表明,自然通风条件下,油水体积比1∶1的柴油池火在旺盛阶段一直处于沸溢的状态,并伴随连续性喷溅,火焰温度及辐射热通量均达到了最大值;随油水体积比的减小,火焰温度和辐射热通量降低,喷溅频率和剧烈程度降低.当风速增加至1.0 m/s时,通风对柴油池火的促进作用占主导地位,池火旺盛阶段持续时间增长;风速增加到1.5 m/s时,柴油池火旺盛阶段持续时间缩短,通风对池火的负面影响占据了主导地位.     

高层建筑烟囱效应及风压联合作用的模拟研究

采用多区域网络模型数值模拟方法,结合风洞试验和CFD数值模拟结果,对一栋340 m超高层建筑的烟囱效应及风压联合作用问题进行了模拟分析.研究发现:1)纯烟囱效应导致的建筑内部电梯与室外压差曲线为线性分布,符合理论分布规律;随风速增大,电梯与室外压差分布逐渐受到风压主导,压差分布曲线由线性转向非线性,风速越大效应越显著.2)建筑中性面位置受风速影响较小,密闭性较差的避难层对避难层电梯以及上下层电梯的压差分布影响明显.3)不同风向对烟囱效应压差表现出不同的作用:在冬季高频风向ENE下,整体上风压抑制热压;而在风向为N时,风压增强热压;在夏季高频风向ESE下,避难层以外楼层风压抑制热压,避难层风压增强热压.4)提高幕墙密封等级及增加电梯前室门阻隔单元等措施,可有效缓解烟囱效应过大压差.     

地面热力条件对庭院式建筑内部空气环境的影响

太阳辐射、人员聚集和存在散热设备等通常对庭院式建筑内部敞开空间的热环境产生重要影响.在不同背景风速和地面热力条件下,对庭院内部流场和颗粒污染物浓度分布特征进行了数值模拟计算和讨论分析.结果表明,在背景风速较大时(＞3.0 m/s),地面热力条件对庭院内部气流和粒子浓度分布特征的影响可以忽略;但当背景风速较小时(0.5 m/s),地面热源产生的热压作用对庭院内气流和粒子浓度分布有较大影响.较高的地面散热强度将增加庭院换气率,但同时也存在着庭院下风向建筑内部污染物浓度增加的可能性.