更正说明

室内火灾具有较高的危险性,是建筑火灾造成人员伤亡和财产重大损失的灾害之首。利用计算流体动力学（CFD）的方法,建立了室内火灾时期烟气流动的三维大涡数值模型,目的是通过对火灾烟气流动的数值模拟,为多室火灾的控制和人员救助提供理论基础。模拟结果认为,火灾及附近地区温度较高,烟流浓度较大,高温引燃其他易燃物品的可能性加大。通风与火灾的发展状态存在密切关系,通风既能降低室内温度,加快烟流及有毒有害气体的扩散速度,同时也为火灾的进一步发展提供条件。从模拟结果与实验验证可得出结论：火源功率大小及房屋的几何尺寸影响着火灾程度、温度及烟流浓度的分布和变化,数值计算的结果总体上与实测结果存在较好的一致性。     

巷道火灾对通风系统影响的全尺寸实验与模拟

井下巷道火灾会改变通风系统正常运转而威胁矿井安全生产,为了探索巷道火灾对整个矿井通风系统的影响,开展全尺寸巷道实验,并结合数值模拟对U型工作面进风巷火灾特点进行研究.结果表明:该火灾燃烧状态为燃料控制型,但在火灾初期产生了较高的CO浓度,这主要与皮带的特殊燃烧行为有关;烟气温度纵向衰减不具有连续性,每次烟气撞击转弯端墙后,温度会迅速衰减,最终烟气沿整个巷道横断面蔓延,危险性显著增加;该巷道火灾中浮力效应远大于节流效应,对通风系统的影响占主导作用.初步研究结果表明巷道火灾对矿井通风系统具有较大影响,风流和烟流输运规律复杂,且影响因素多,其火灾安全问题值得高度关注.     

建筑物火灾烟气流动性状预测

述及国家自然科学基金资助项目《建筑物火灾烟气流动性状预测》的主要研究成果。介绍建筑物火灾烟流数学模型及其应用软件,并将数值模拟结果与实体火灾试验结果进行比较。     

建筑开口流量系数及其对火灾烟流的影响

在高层建筑火灾试验塔上测试了典型门、窗不同开度时的流量系数。该系数可用于火灾烟气流动预测计算,也可用于压送风量及一般建筑通风换气计算。同时,运用建筑物火灾烟气流动性状预测计算软件,分析了门窗开度及流量的系数对火灾烟流的影响。     

某地下车库不同排烟口高度及朝向排烟效率数值模拟研究

以某商业中心地下二层车库为研究对象,主要设计了几种不同排烟口高度及朝向的排烟模式,通过数值模拟方法研究其排烟效果的差异。数值模拟主要基于FDS软件,模拟发生火灾时产生的烟气在建筑物内的流动情况,并分析比较车库发生火灾时温度、CO浓度和能见度等典型参数。通过模拟结果的对比,发现较高的排烟口排烟效率相对较高,尤其是对于向下开口型排烟口。而在同一高度,使用侧方开口型排烟口更有利于烟气的排出。数值模拟结果在实际地下车库防排烟系统的设计建造中有一定的指导意义。     

基于FDS的高层住宅建筑火灾数值模拟分析

以单元式高层住宅建筑为研究对象,本文应用FDS软件对其火灾烟气特性进行数值模拟计算,得到了单元式高层住宅建筑火灾烟气蔓延速率、可见度、有害气体浓度、火场温度等火灾烟气特性变化规律。计算结果表明:火灾发生60 s时,火场环境适宜人员疏散逃生;360 s时,火灾烟气对人员疏散逃生造成威胁。数值模拟结果可为单元式高层住宅建筑防火设计及人员疏散逃生方案提供理论参考。     

矿井皮带巷火灾风烟流场-区-网演化与调控规律

针对复杂风网受控火灾风烟流近灾源场-区域-网络传输特性精准刻画难题,研究了不同尺度风烟流演化规律和控风排烟的方法.通过弗劳德数守恒模型分析了通风与热动力交互作用下皮带巷火灾近灾源场烟流逆退的临界条件、烟流温度和能见度的分布规律.利用火灾动力模拟(FDS)软件得到了水平巷道和倾斜巷道的临界风速的表征方法.基于典型采区通风网络,利用Ventsim软件建立了皮带巷火灾区域网络模型,分析了灾变风烟流扩散运移、诱导风流紊乱和调控规律,提出了2种控风排烟调节方案.以转龙湾煤矿通风网络为原型,建立全风网风烟流调控模型,将空气动力学与热力学参数融入风网解算,对复杂风网中的风烟流演化规律和调控方案进行模拟.结果表明:当未采取烟流调控措施时,采区内CO和烟气浓度均较高,人员在此环境无法生存;当采取烟流调控措施时,相比第2种调控方案,第1种调控方案控风排烟效果更显著.进一步优化了皮带巷火灾风烟流调控方案.     

全尺寸双室火灾温度分布实验与数值模拟

为研究双室火灾的危险性,本文采用全尺寸实验与数值模拟相结合的方法,开展了双室火灾温度分布特性研究,给出了实验和数值模拟结果的比较与分析,得到了火灾过程中室内温度场的变化规律。结果表明:由于居室内可燃物较多且分散,发生室内火灾时,可燃物将由点火源向周围逐一被引燃,火灾规模随之蔓延扩大,室内温度也因不同可燃物的消耗和引燃而随时间出现了多个极小值和极大值;在卧室门敞开的情况下,卧室门上方隔墙在火灾初期阶段可以有效阻止烟气的蔓延,使烟气主要集中在着火房间内,使相邻房间温升较小; FDS数值模拟结果相对保守,得到的温度稍高于实验结果,客厅和卧室数值模拟到达安全极限温度的时间比实验早大约30 s。     

高层建筑火灾燃烧规律的数值模拟研究

以高层建筑为研究对象,应用FDS软件对高层建筑火灾燃烧规律进行数值模拟计算。得到了高层建筑火灾时的烟气运动、着火点附近区域温度变化、CO2浓度变化等火灾参数变化规律的数值模拟计算结果,计算结果显示,在高层建筑火灾发生300s左右时,火灾开始进入轰燃阶段,火场烟气迅速蔓延,火场温度迅速上升到600℃。数值模拟计算结果为高层建筑性能化防火设计及人员紧急疏散提供一定的理论依据。     

排烟方式对火场人员疏散影响的数值模拟

针对建筑火灾中烟气的危害特点,利用商业计算流体软件PHOENICS,分别对无排烟措施、自然排烟、机械排烟等三种常见的建筑火灾后的排烟方式进行烟气流动规律的模拟研究.得出:火灾后,自然排烟和机械排烟在一定程度上都能将着火房间的烟气、热量排出室外,降低着火房间的烟气浓度、温度和压力.机械排烟形成的微负压使得火场烟气不易向外扩散,同时增加近30s的疏散时间,排烟效果明显更利于火场人员的安全疏散.本文计算机场模拟的结果符合单室烟气的蔓延机理,证明了使用计算流体力学技术对火灾现象进行数值模拟是可行的,可用于指导建筑火灾的扑救和火场人员的安全疏散.     

高温烟气层对室内非连续介质着火的影响

室内发生火灾时,经常遇到一处首先着火,然后和火源间隔一定距离的可燃物也开始着火的现象.以木材为例,通过小规模火灾实验,测量不同环境条件下和火源间隔一定距离的木材发生着火燃烧时的烟气层温度,研究了室内火灾中高温烟气层对非连续介质着火的影响.研究表明,高温烟气层温度达到非连续介质的自燃点是其着火的必要条件,高温烟气层在非连续介质着火过程中起到了"点火源"的作用.因此,可以通过阻止烟气层温度达到非连续介质的自燃点或避免非连续介质可燃挥发份和高温烟气层相接触等措施防止室内火灾时非连续介质着火,从而防止火灾的蔓延扩大.     

船舶大空间舱室火灾烟气填充研究

进行了船舶大空间舱室池火烟气自然填充的试验研究,分别采用修正的适用于热驱动浮力流的N-S方程组、LES方法的场模拟程序和双层区域模拟程序对试验场景进行了模拟研究,对烟气层的沉降规律和烟气温度分布规律进行了分析.试验结果表明,烟气在大空间舱室内的沉降速度很快;烟气层的温度较低,对于以温度作为阀值的探测器和消防喷头很不利.试验结果和计算结果对比表明,区域模拟和大涡模拟均可以较好地预测大空间舱室内火灾烟气的填充规律,大涡模拟能获得比试验和区域模拟更完备的物理场信息;模拟计算时,池火的上升和下降可简单按照t2规律设定;试验采用热电偶法和摄像法来判定烟气层高度时,热电偶法容易获得较准确的结果.     

Investigation on mechanical exhaust of cabin fire in large-space building

A calculation model for mechanical exhaust rate in large-space building in the case of cabin fire is proposed through theoretical analysis. Full-scale hot smoke tests are then performed to study the cabin fire spreading to large-space building at different air change rates (ACH). The result indicates that under the standard prescribed ACH, the effective air heights in the large spaces are respectively 6, 4 and 2 m in the case of cabin fires of 0.34, 0.67 and 1 MW. Numerical experiment has been conducted using self-developing two-zone model. The smoke control efficiency is compared by varying the large space’s air change rate in the case of cabin fires ranging from 0.25 to 4 MW. The calculation results show that the air change rates are respectively 3, 6, 10 and 10 ACH when the smoke layer is kept above 5 m, indicating that the centralized exhaust rates far exceed the standard prescribed value. To address this problem, a set of subsidiary distributed mechanical exhaust installing in the cabin with high fire loads is proposed. The simulation shows that both from the safety and economy point of view, the adoption of subsidiary distributed cabin exhaust design may effectively reduce the demand of designed air change rate for large-space building. Supported partially by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50674079 and 50579100)     

住宅建筑内火灾高温烟气流动数学模型

以住宅建筑火灾安全为研究背景,根据多室实体住宅建筑模型室内火灾升温及高温烟气流动影响的试验结果,重点讨论了起火房间尺寸、门洞尺寸及枢纽空间等3个主要空间构造因素对室内高温烟气流动影响。以质量守恒等相关热力学和流体力学基本概念建立了住宅空间单室尺寸与高温烟气分布的几何关系模型;利用动量守恒控制体法建立了开敞空间的开口尺寸与烟气扩散的关系模型。分析表明,住宅建筑火灾安全应充分考虑空间构造形式的影响;通过对烟气流动模式的独立房间尺寸设计和房间连通形式设计,可以有效地控制室内温度分布和烟气流动路径。     

住宅建筑内火灾高温烟气流动规律试验研究

以住宅建筑火灾安全为研究背景,利用多室多层住宅建筑缩比模型,进行了空间构造形式对室内火灾升温及高温烟气流动影响的试验研究。重点考察了不同火源点情况下,各房间内部的升温模式和温度分布,间接分析了高温烟气流动的规律。试验结果表明,住宅建筑的枢纽空间构造形式、房间门上方垂壁及各房间的相对位置对室内高温烟气的流动具有较大的影响。室门上方垂壁能够有效阻止高温烟气的扩散,室内外温差要高于无垂壁房间;非起火房间的室门开启方向与起火房间相对时,高温烟气的进入量要高于两者开口同向或平行情况。     

常见可燃物燃烧特性实验与数值模拟研究

基于室内常见可燃物的实际火灾危险性研究的重要性，利用锥形量热计对室内常见木材、聚氯乙烯（PVC）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料在50kW／m^2辐射能量条件下的点燃性能、热释放性能、烟气毒性及烟气的减光性进行了实验研究．使用火灾区域模拟软件CFAST对单个房间内这几种可燃物的实际火灾危险性进行了对比分析，结果表明：PVC和PMMA的点燃时间低于木材，而其平均热释放速率、最大热释放速率、总释放热量、平均有效燃烧热、平均质量损失速率、平均比消光面积等指标均高于木材；PVC具有较高的减光性和CO生成率．PVC和PMMA的综合火灾危险性高于木材，而PMMA的综合危险性远高于其他几种可燃物。     

大空间结构钢屋盖火灾下温度场计算方法研究

为了研究大空间结构屋面钢构件火灾下温度场的简化计算方法,把国内外现有用于“室内火灾”温度场的简化计算公式和方法,应用于典型尺寸的大空间结构模型,并与数值模拟结果进行比较。给出了对各种方法的计算准确性的分析结果,并从理论和原理的角度对各种方法的优劣进行了综合评价,提出了进一步修正的方向。     

大风速下火源横向位置对缓坡隧道烟气特性的影响

隧道火灾中,火源位置往往是不固定的。对于具有一定坡度的隧道,由于其特殊的建筑结构,一旦发生火灾,造成的危害相比其他类型的火灾要大得多。本文基于FDS软件对缓坡隧道进行了模拟分析计算,研究火源横向位置对隧道顶棚烟气分布、人体平均身高1.6 m处烟气速度流场矢量分布和顶棚烟气沿程温降分布规律的影响,并且与水平隧道的数值模拟结果对比分析。结果显示:隧道内顶棚烟气随火源与隧道壁距离的减小,由V型对称运动转为不对称的S型运动,火源一侧的流场趋势由正S型变为反S型,缓坡隧道较为明显,顶棚烟气温度沿出风口均是呈指数型减小,温降系数随火源与隧道壁距离的减小而增大,顶棚低温区逐渐向隧道壁靠近且范围逐渐增大,水平隧道的低温区范围比缓坡隧道要大。     

大空间卷烟制丝车间烟气控制性能化设计

为分析某大空间卷烟制丝车间(长203.9 m,宽72 m,高16.7 m)防排烟设计效果,对其典型可燃物进行实体火灾实验,得到其热释放速率为41.1~98.0 kW/m2,确定其火灾模型为慢速发展的t2火.然后用性能化消防设计的方法、运用FDS火灾模拟软件对其进行数值模拟,结果显示在不同火灾场景下火灾发展到2 400 s时车间2 m高度以下烟气温度、CO浓度均能满足人员生命安全的性能指标,而能见度指标在2 000 s之后低于10 m.多台风机同时排烟是导致烟气较快弥漫的主要因素,高大空间工业建筑设计机械排烟系统时宜划分防烟分区,并考虑分时段分区域启动,划分防烟分区的挡烟垂壁高度不宜小于0.7 m.