高层建筑火灾烟气蔓延的FDS模拟

建立了一个简化的高层建筑模型,采用FDS模拟软件对高层建筑火灾进行了火灾模拟,得出了烟气蔓延速度、温度、CO（一氧化碳）浓度以及能见度的变化规律,为高层建筑火灾烟气的有效控制、人员疏散、火灾扑救提供了一定的理论依据。     

高层建筑内火灾烟气扩散的数值模拟

对高层建筑内火灾烟气危害和防排烟设计进行了综述和讨论,介绍了采用数值模拟方法研究火灾烟气扩散的主要方法和理论,应用基于场模型的FDS火灾模拟程序,结合案例对比计算了自然排烟、机械排烟和机械加压通风系统设计方式下火灾烟气质量分数和烟气层高度,得到相应结论。     

纵向通风与竖井自然排烟下隧道火灾烟气特性实验研究

中国逐渐发展成为世界上隧道和地下工程最多的国 家,其长隧道数量和长度跻身世界前列。据统计,火灾中85%的 人员死亡是由热烟气造成的,目前隧道中采用较为广泛的排烟系 统有纵向排烟系统、集中排烟系统和横向排烟系统,而针对长隧道 来说,我国广泛采用的是竖井式纵向通风,因此,研究纵向通风与 竖井排烟综合效应下隧道火灾烟气流动特性及温度分布规律具有 重要意义。本文建立了1：10 缩尺寸竖井隧道模型,主隧道长度 16.5 m,宽度1.3 m,高度0.65 m;竖井通过排烟横通道与主隧道 连接,排烟横通道设置在主隧道侧面中部,尺寸为1.2 m 长、0.6 m 宽、0.4 m 高;竖井横截面为半径0.6 m 的1/4 圆,高4.6 m。在 竖井隧道模型中开展了一系列油池火实验,选取2 种方形燃烧池 （20 cm×20 cm、23 cm×23 cm）作为火源,设置2 个纵向火源位置 （位置A：火源中心线与排烟横通道中心线距离0.375 m;位置B： 火源中心线与排烟横通道中心线距离1.375 m）,7 种纵向通风风 速（0,0.18,0.27,0.35,0.44,0.52,0.69 m/s）,定量分析不同工 况下温度分布及烟气逆流长度。研究结果表明：当无纵向通风时, 火焰与隧道地板垂直,且呈轴对称形态;当有纵向通风时,火焰向 下游偏移,且纵向通风风速越大,火焰向下游偏移越明显;当纵向 通风风速为0 m/s 时,由于竖井的存在,火源上、下游两侧烟气温 度分布并非对称,火源下游（竖井侧）烟气温度下降速度较快,与单 洞隧道烟气温度分布明显不同;随纵向通风风速增加,烟气逆流长 度和烟气温度减小,而最大温度偏移距离整体呈增加趋势;当无量 纲纵向通风风速v′＜0.19 时,主隧道最大温升△Tmax 与Q2/3/ Hef 5/3 呈正比,而当无量纲纵向通风风速v′＞0.19 时,主隧道最大 温升△Tmax 与Q? /(vb1/3Hef 5/3)呈正比,但常数系数均小于Li 等预 测模型中的常数系数;竖井隧道内无量纲纵向烟气温度分布符合 Fan 和Ji 等建立的纵向温度衰减模型,衰减系数k′在1.36~1.63 范围内变化,但其值明显大于单洞隧道纵向温度衰减系数k′;另 外,当火源位于位置A 时,最大烟气温度低于火源位于位置B 时 的最大烟气温度,无量纲纵向烟气温度衰减速度慢于火源位于位 置B 时衰减速度。     

耦合电梯门狭缝流动的高层竖井火灾烟气模拟

利用FDS 建立17 层高层办公楼数值模型,考虑狭缝的小开口流动,耦合了基于开口流动理论的HVAC 模型,研究高层建筑内烟气通过电梯竖井的蔓延过程,得到了高层建筑内烟囱效应诱导的火灾烟气蔓延规律。高层建筑内较低层发生的火灾会显著加热电梯竖井中的气体,形成烟囱效应,高层建筑内部会形成中性面。通过将HVAC 模型与基于标准流量系数的模型进行比较,可以发现这两种方法计算的质量流量相差约1.5 倍。这是由于采用的HVAC 模型并没有考虑狭缝处的开口流动损失。通过进一步修正,取开口损失系数K 值为3.56 能得到较好的模拟结果。     

含吹拔空间的高层建筑火灾烟气流动数值模拟

研究设有吹拔空间的高层建筑烟气流动及火灾蔓延特征,分析其对防火分区和安全疏散的影响。采用性能化消防设计的方法对某设有74.65 m、55.95 m双吹拔空间的一类高层建筑建立火灾发展模型、设计火灾场景、用CFD火灾模拟软件进行数值模拟。结果表明该建筑利用吹拔空间自然排烟时各火灾场景均能满足各层人员疏散的性能指标,在吹拔空间四周环廊上设置挡烟垂壁影响烟气的顺畅排出,缩短了危险来临时间,增大了火灾的危害性。提出吹拔空间式建筑宜利用烟囱效应优先采用自然排烟方式,烟气控制宜疏堵结合,以疏导为主的设计理念。     

单室火灾烟气流动规律的数值模拟

本文利用商业计算流体软件PHOENICS,分别对自然通风、空调送风、自然排烟、机械排烟等四种常见的建筑通风状态下的客房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和温度,但机械排烟的效果较自然排烟稳定.本文计算机场模拟的结果证明了使用CFD技术对火灾现象进行数值模拟是可行的,可用于指导室内火灾的扑救和火场人员的安全疏散.     

含内天井的高层建筑火灾烟气流动数值模拟

研究设有内天井的高层建筑烟气流动及火灾蔓延特征,分析其对防火分区和安全疏散的影响。采用性能化消防设计的方法,对某设置74.65 m、55.95 m双内天井的一类高层建筑,建立火灾发展模型、设计火灾场景,用CFD火灾模拟软件进行数值模拟。结果表明:该建筑利用内天井自然排烟时,各火灾场景均能满足各层人员疏散的性能指标,而在内天井四周环廊上设置挡烟垂壁则影响烟气的顺畅排出,缩短了危险来临时间,增大了火灾的危害性。提出内天井式建筑宜利用烟囱效应优先采用自然排烟方式,烟气控制宜疏堵结合,以疏导为主的设计理念。     

高层建筑火灾中电梯的烟气控制

分析了高层建筑发生火灾时电梯井的烟囱效应和活塞效应,对高层建筑火灾烟气的防控方法进行了说明,并基于以上分析,对电梯井采用加压送风方式,以控制烟气的蔓延进行了探讨。     

高层建筑竖井内烟气流动特性及控制方法

竖井火灾烟气流动特性和控制是与高层建筑火灾安全紧密相关的问题。从竖井烟气流动作用因素、烟气参数分布特性与烟气上升速度3个方面论述了对于高层建筑竖井烟气流动特性的研究现状。总结了目前常用的竖井烟气控制方法及工程实践中存在的问题,提出了改善烟气控制效果的方法和思路。     

两种含竖井高层建筑烟气迁移规律模拟

采取数值模拟方法,对含竖井结构高层建筑布局影响火灾烟气迁移规律情况进行研究。结果表明,当竖井结构位于建筑物中间区域时更有利于火灾烟气向上部楼层传播,充满整个建筑物只需50s左右;而当竖井结构位于建筑物一侧区域时,时间延长到200s。因此,在进行高层建筑设计时,应尽量把疏散楼梯间设置在建筑物一侧,为人员撤离争取时间。     

高层建筑楼梯间火灾烟气流动影响模拟研究

本课题在总结国内外研究现状的基础上,利用美国开发的FDS软件模拟火灾发生后高层建筑楼梯间内烟气流动情况,以便更加直观地观察火灾后产生的烟气流动,通过模拟测定产生的CO浓度值,确定楼梯间内的温度分布变化.通过研究,总结出火灾发生后楼梯间内的环境状况,为人员疏散提供理论依据,同时,提出更有效的防烟、排烟措施,减少人员伤亡及财产损失.     

高层建筑中的烟气流动规律

本文就风压、热压等因素对高层建筑中烟气流动的影响进行了分析,并指出了高层建筑自然排烟设计中需注意的一些问题.     

火源—竖井间距对自然通风隧道火灾烟气流动特征的影响

通过数值计算,研究顶部开口自然通风隧道火灾火源–竖井间距对烟气流动特征与竖井排烟效率的影响。考虑因素有火源–竖井间距、竖井断面尺寸。结果表明：随着火源–竖井间距的增大,竖井前方来流烟气的质量流量增大,且竖井的排烟效率逐渐降低,竖井内空气卷吸量减少;当火源–竖井间距较小时,竖井更有利于排出更多的热量,竖井后方的温度降低幅度更大,烟气可以被控制在更小的范围内。此外,随着竖井截面尺寸的增大,竖井的排烟效率增加,且增大竖井的宽度更有利于增加竖井的排烟量。因此建议当相邻竖井的间距较大时,可适当增加竖井的截面尺寸和竖井高度。     

外界风影响下高层建筑竖井自然排烟可行性

以高层建筑竖井自然排烟为研究对象,利用FDS软件对竖井自然排烟进行模拟,研究外界风对自然排烟的影响.模拟结果表明:当排烟口处于迎风面时,竖井自然排烟受到的影响最大;当竖井顶部四面开启排烟口时,自然排烟受室外风的影响最小.由模拟可见,通过合理设计竖井结构,高层建筑竖井自然排烟是可行的.     

城市隧道竖井型自然排烟模式的研究

以某城市隧道为例,详细介绍了其在火灾工况下自然排烟模式的数值模拟分析,为竖井型自然通风和排烟方式在城市隧道的应用,提供了科学的依据。     

利用地铁车站电梯竖井辅助排烟的数值分析

通过计算机模拟,分析在火灾工况下电梯竖井对烟气运动的影响。模拟结果表明利用设在站台中部的电梯竖井进行人员疏散具有很大危险性,但是在一定条件下可以利用电梯竖井进行辅助排烟。设在站台端部的电梯若与火源分别位于站台两端,则可以发挥人员疏散作用。计算结果表明地铁车站站台挡烟垂壁设置情况、电梯井平面尺寸、竖井高度、火源功率等因素均会对电梯井内烟气流动产生影响。     

顶部开口自然通风隧道火灾竖井排烟效率研究

通过数值计算方法,研究了顶部开口自然通风隧道竖井的排烟效率。考虑了火源热释放速率、竖井高度、长度和宽度及竖井位置的影响,并与竖井排烟效率计算模型进行对比。研究结果发现：竖井的排烟效率随竖井高度的增加而略微增大;竖井的排烟效率基本不随火源热释放速率的变化而变化;随着竖井长度和宽度地增加,排烟效率大幅增加;此外,当竖井位于顶棚中央时,排烟效率较位于顶棚一侧的排烟效率高,且烟气控制效果好。此外,竖井排烟效率模型可以较好地预测不同竖井尺寸和位置的排烟效率。     

高层建筑突发灾害下电梯疏散模拟研究

在论证电梯作为高层建筑疏散设备可行性的基础上,探讨利用pathfinder对高层建筑进行人员疏散模拟。通过制定不同疏散方案,研究使用电梯前后的疏散时间和出口人流量,合理分配楼梯和电梯的承载人数,提出最优的疏散方案。结果表明:在高层建筑中,人员疏散最大的瓶颈是楼梯;利用楼梯结合电梯的疏散方式能够减少楼梯的拥堵,有效缩短疏散时间,大幅度提高疏散效率。     

通风对竖井型隧道火灾烟气特性影响试验研究

通过隧道火灾模型试验,研究纵向通风对竖井排烟效果及隧道内纵向烟气温度分布的影响。试验考虑不同火源热释放速率和纵向风速。结果表明：纵向风速对正庚烷池火热释放速率存在影响,对于较小正庚烷池火（≤11 cm）,火源热释放速率基本不随纵向风速而改变;对于较大正庚烷池火（≥14 cm）,火源热释放率随风速的增加先降低后基本保持恒定。此外,当隧道内风速较小时,竖井内烟气附壁排出,竖井后方烟气温度较低,控烟效果较好;当隧道内风速较大时,竖井内烟气出现边界分离,竖井后方温度升高,烟气蔓延距离增加,竖井排烟效果较差。因此,建议当竖井型隧道内发生火灾时,应尽量采用自然通风或较低的内部通风,避免较高风速。     

船舶类建筑火灾特性及烟气流动研究

将以东方公主号游轮改造成的集居住、餐饮、娱乐为一体的水上固定漂浮建筑为例,选取特定位置场所开展火灾特性和烟气运动研究,通过火灾危险性评价和消防现状分析,为此类建筑提出火灾防治技术和安全指导建议。