火灾中烟气毒性成分向远距离房间传播的实验研究

烟气的影响是火灾中人员死亡的最主要原因,为此利用"房间-走廊-房间"结构的模拟实验台进行了大量的实验,研究了火灾中烟气有毒成分向远距离非火源房间传播的特点.结果表明,门的作用非常显著,温差和一氧化碳浓度都随着门高度的增加而有规律地增加,一氧化碳浓度峰值的出现会随着门高度值变小而显著延迟;温度与一氧化碳浓度在垂直方向的分布差别很大,这说明烟气温度和毒性成分在远距离房间垂直方向上分布相互不一致.     

单室火灾的燃烧特性

通过实验研究火源功率及单室的通风状况对单室室内火灾燃烧时的温度变化及分布、烟气流动特性及气体成分的变化影响。结果表明:在全封闭情况下,热烟气以垂直流动为主,且随着热烟气的流动,室内温度逐渐升高,O2浓度逐渐降低。边界层不稳定导致的火焰振荡使热烟气层的最高温度出现在距离单室顶部70～80 cm处。火源功率越大,室内温度升高越快,升温幅度越高,火焰脉动进一步加剧,火焰偏移越大。在单室通风口打开的情况下,热烟气以水平流动为主,室内O2浓度和CO浓度变化不大,而以通风口上沿为界,温度分布呈现明显的上下2层。     

大空间内着火位置对火灾增长的影响

以大空间展厅为例,利用火源辐射模型和烟气辐射模型并结合CFAST6.0区域模拟软件的计算结果,对比分析了大空间内不同着火位置下火灾增长的情况。研究结果表明仅考虑火源热辐射的情况下,展厅内着火位置越处于左右中间对称处,其火灾增长越快,热释放速率峰值也越大,达到热释放速率峰值的时间和火灾的持续时间越短,处于展厅中心位置时所有值达峰值。对火源热辐射和烟气辐射综合考虑时,到达热释放速率峰值时间与火灾持续时间的规律同仅考虑火源辐射模型时一致,但热释放速率峰值均有不同程度的提高。     

深水半潜式支持平台火灾烟气蔓延规律

基于火灾动力学模拟软件中的数值计算方法对深水半潜式支持平台的火灾烟气蔓延规律开展研究.根据火灾布置最不利原则设计4类火灾工况;研究烟气沿楼梯向上蔓延能力的分布规律及其对温度、能见度、CO体积分数的极值在各层甲板楼梯口分布的影响;分析火源层高度对烟气充满甲板所需时间的分布规律及烟气蔓延路径的影响.研究结果表明:随着楼梯与火源之间距离的减小,烟气沿楼梯向上蔓延的能力增强;火源层以上甲板的最高温度及能见度达到临界条件的最短时间、最高CO体积分数均位于烟气向上蔓延能力强的楼梯口;随着火源层高度的增加,烟气充满火源层以上甲板所需时间有所减少,充满火源层以下甲板所需时间有所增加.研究结果可为火灾中人员的疏散路径规划及深水半潜式支持平台的消防设计优化提供一定的理论指导依据.     

1 ∶ 4缩尺厂房中功率火灾试验研究

为研究局部火灾作用下大空间建筑内火源、热烟气以及室内空间和钢构件温度场的发展及分布规律,设计建造了一个缩尺比为1∶4的门式刚架厂房模型,在模型内开展相当于中功率火灾的小规模火灾试验.试验过程中测量了模型内部各关键位置的热空气和钢构件温度,并采用《建筑钢结构防火技术规范》(GB51249-2017)给出的钢构件温度场计算公式对试验中构件升降温进行计算对比.结果表明:热空气温度峰值从火源正上方向四周逐渐减小,沿跨度方向两侧温度分布基本对称.局部火灾下建筑内部空间明显可分为热烟气层高温区、次高温区和热烟气层以下区域.钢构件温度沿截面方向分布较均匀,其温度变化明显滞后于热空气.对于处在热烟气层以下的钢构件,其温度场计算需要额外考虑火焰的直接辐射作用.     

防护工程火灾烟气分布特性模型实验

为讨论防护工程火灾时烟气分布特性,根据相似原理搭建了模型与实体比例为1∶4的模型实验台,进行了6个工况的模型实验,分析了火源单室内烟气温度分布规律以及烟气层高度特性,并对走廊内烟气顶棚最高温度及纵向衰减遵循的规律进行了研究。结果表明,火源单室水平方向温度分布不均匀,竖直方向温度分布可用"三区域"描述;与普通单室"双区域"模型不同,分段线性法比较适合于火源单室内烟气层高度计算;Alpert模型更适用于防护工程密闭防火分区走廊顶棚最高温度的预测,走廊内无量纲温度符合幂指数衰减规律。     

地铁站台不同排烟模式下的烟气流动数值模拟

地铁站台发生火灾时,不同排烟模式对烟气流动的影响十分显著。文中以西安某地铁站为对象,采用FDS火灾模拟软件,研究传统排烟方式与增加隧道风机辅助排烟方式的排烟效果。对比分析自然排烟、站台排烟、隧道风机辅助站台排烟3种模式在不同火源位置时的楼梯口风速、人眼特征高度处温度、能见度、CO浓度分布。结果表明,火源位于站台中央时,楼梯两侧均有烟气蔓延,相比站台排烟模式,采取隧道风机辅助站台排烟模式后,站台温度下降约16.7%,CO浓度下降40%,且无烟气蔓延至站厅层。     

大型教学楼火灾性能指标的数值分析

确定疏散人员、火灾大小、烟气流动模型、疏散速度、分析测点等参数设置,采用FDS火灾分析软件对典型教学楼的火灾进行模拟,分析研究温度、能见度、烟气层高度、CO浓度、CO2浓度、人员疏散情况的变化规律,结果表明:随着测点和火源中心距离的减小,温度、CO浓度、CO2浓度增加,能见度、烟气层高度降低;随着层数的增加,温度、能见度、人员疏散速度逐渐增大,烟气层高度、CO浓度、CO2浓度逐渐减小;温度、能见度、烟气层高度对人员疏散起决定性作用,CO浓度、CO2浓度对人员疏散的影响不大;各层人员疏散速度在100s时迅速下降,但各层人员疏散在250s内疏散基本完成;1层疏散人员数量先下降,再升高,再降低,在130s左右,1层疏散人员数量达到最大;教学楼人员应在580s内完成疏散,并尽可能向教学楼南侧疏散,教学楼火灾数值分析为消防设施的设置和疏散路线的选择提供理论指导.     

废旧轮胎全尺寸火灾实验研究

利用ISO9705标准的全尺寸实验装置对废旧轮胎进行全尺寸火灾实验研究．测试的轮胎按照竖直和水平两种方式摆放，实验测量了与轮胎燃烧相关的热释放速率，质量损失速率，有效燃烧热，烟气产生量和CO／CO2产生量等参数．实验结果分析表明轮胎的有效燃烧热很高大约为28MJ／kg，轮胎的摆放方式对其燃烧行为有很大的影响，竖直摆放的轮胎的热释放速率峰值是水平摆放的两倍，且其CO生成率也要比水平摆放的要高．轮胎火灾的烟气产生量非常大，能达到装饰家具燃烧所产生烟气的14倍之多，同时轮胎火灾烟气中包含有CO、CO2和别的有毒气体，一旦释放到空气中必将对环境产生巨大的污染．     

建筑物通道-单室内火灾烟气运动的数值模拟

对有自然通风的建筑物通道一单室内的火灾烟气运动进行了数值模拟,给出了烟气温度、速度和组分质量分数的分布。模拟得到的烟气温度场和速度场在火源区及火源以外的其它区域均与实验数据相符合,预报出了二氧化碳与氧气浓度的分层分布。在所研究的释热率条件下,通道一单室内的火灾处于燃料控制状态。     

Numerical simulation of fire development in a single compartment based on cone calorimeter experiments

The burning characteristics of several kinds of wood and polyurethane materials have been studied using cone calorimeter (CONE2A). A new and simple ignition criterion, heat release rate model and mass loss rate model are proposed based on experiments. Combined with these models, the zone-model of fire can be used to predict fire development in a single compartment according to the species of combustibles, their quantities and distribution. Calculated results show that this method is simple and feasible.     

2015-2020年河南省秸秆焚烧火点时空分布及影响因子研究

利用GIS技术对区域秸秆焚烧火点时空格局进行探究,能为政府监管部门提供较为全面的辅助决策依据。本文选用2015-2020年河南省SatseeFire火点数据集,利用重心转移模型和空间自相关模型分析2015-2020河南省县域内秸秆焚烧火点的时空分布格局及其变化趋势,并利用地理探测器（Geodetector）结合高程、坡度、坡向、农作物播种面积、农作物产量、GDP以及人口密度7个因子,探究火点的空间分布特征,结果表明：（1）2015-2020年火点数量呈滑坡式减少态势,夏秋季秸秆焚烧火点数量持续减少,秸秆禁烧效果明显,春冬季火点数量相对较多;（2）火点整体由西向北转移,火点重心主要集中在许昌市,呈明显的回字形转移路径;2015年火点呈较低的空间正相关水平,空间集聚性较弱,2016-2020年火点在空间上的离散分布态势明显,火点集中分布的县域不断减少,零散分布的县域略有增加;（3）2015-2020年各因子对火点影响程度的大小排序为：农作物播种面积＞农作物产量＞GDP＞人口密度＞高程＞坡度＞坡向,6年间各因子对火点空间分布的影响程度不断减弱,各因子对秸秆焚烧火点具有相互增强或非线性增强效应。     

辐射特性模型对机舱火灾模拟的影响

分别用灰体和窄带两种不同的介质辐射特性模型,模拟了封闭机舱内火灾的发生过程,并对其中的温度、气体浓度、辐射热流等的分布进行了比较和分析。结果表明在火灾发生的前50 s之内,两种模型差别不大。在50 s之后,由于机舱内的烟气产量和CO2,H2O等多原子气体的迅速增加,两种模型的模拟结果差别增大。灰体模型对辐射换热量的预测大于窄带模型。由于辐射参与介质本身是非灰的,所以窄带模型对辐射的预测更准确。这一结论也通过气体成份分布和烟气浓度分布的结果得到了证实。研究可为机舱火灾的准确模拟研究提供参考。     

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.     

运动车辆对隧道火灾顶棚射流温度分布的影响

以公路隧道内小轿车着火、客车驶经火源的场景为例，依托某隧道工程建立火灾计算模型，利用重叠网格技术和火灾数值模拟方法，研究了车辆运动速度对隧道火灾温度分布的动态影响规律.结果表明:当车辆以11.11m/s的速度经过火源时，火源中心横、纵截面隧道顶部的烟气温度最低；当车辆诱导气流对温度分布的影响达到最大时，横断面烟气温度呈现出由着火车道至车辆经过车道先降低、后升高的规律；在最高温度点上游15m范围内纵向烟气温度平稳衰减，且在车速为11.11m/s时衰减速率最大.     

输油管道池火灾事故后果不确定性分析

输油管道发生池火灾事故存在突发性和随机性,为此,以液池直径、燃烧速率和风速3个对池火热辐射通量影响较大的因素为不确定性参数,建立了输油管道池火灾事故不确定性分析模型,结合工程实例确定各不确定性参数的取值范围并采用拉丁超立方抽样法获取30 000个随机组合样本,再利用蒙特卡洛法分析池火热辐射通量分布特征,得到与事故点不同距离处池火灾致死率统计规律。结果表明,热辐射通量均值和致死率随事故点距离的增大而减小。根据致死区域的分布情况可为管道周边风险等级划分提供依据。     

套室内扩散燃烧火灾的三维数值模拟

采用非稳态湍流模型和湍流与化学反应相互作用的涡耗散燃烧模型,对套室内扩散燃烧的火灾进行了三维空间数值模拟.给控制方程添加不同源项以反映化学反应净产生速率对流场的影响,采用交错网格有限容积法将计算区域进行离散,用SIM-PLE算法求解离散控制方程.通过对套间内3种不同释热率情况下火灾的数值模拟,研究了套间内火灾发展、烟气温度分布和燃烧产物浓度分布规律.研究表明火源释热率的大小对烟气温度场的影响较大,对燃烧产物CO2浓度场的影响不很明显.释热率较小时,较短时间内仍能产生大量的烟气;释热率较大时,烟气层迅速形成,温度上升程度更为剧烈.此研究结果对于准确预测套室内火灾传播规律、有效阻止套室内烟气扩散和设计合理的排烟结构有一定的指导意义.图8,参12.     

综合管廊电缆桥架火灾的温度场分布特性研究

针对综合管廊电缆火灾的危害性,建立了截面尺寸为1:1的综合管廊模型,重点研究电缆桥架火灾造成的受限空间温度场分布。结果表明：烟气的沉降作用可将垂直温度场划分为顶棚射流层、中间热烟气过渡层和底部冷空气层;封堵端口会加快顶棚烟气温度的纵向衰减速度,并分别提出了封堵侧和贯通侧的温度衰减预测模型;对于火源功率较小的电缆桥架火灾,火源功率与顶棚最大温升满足线性关系;通过建立顶棚最大温升预测模型,发现实验值与预测值之间的误差大多维持在30%以内,其中最小的预测误差为14.73%,模型的整体预测效果较好。     

压型钢板-混凝土组合楼板温度场有限元模拟

采用有限元方法，对火灾下压型钢板-混凝土组合楼板的温度场进行了分析，得到了瞬态温度场分布云图及温度随啼间变化的曲线，并与试验结果进行比较，二者吻合较好．表明所建立的计算模型合理、模拟方法正确、可行；同时比较了两个不同仿真模型的计算结果，从而得出最佳计算模型，为计算火灾下构件温度场提供了实用的方法；对研究组合楼板抗火性能具有重要意义．     

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。