受限空间竖向开口流动理论与模拟研究

通过火灾烟气质量、能量守恒定律及理想气体状态方程,求解受限空间竖向开口中性层位置及通过开口的气体质量流率表达式,分析影响烟气开口流动因素,并运用FDS进行数值模拟。结果表明,着火房间热释放速率、开口宽度及高度、房间尺寸等均影响烟气层温度、高度及烟气开口流动;理论中性面位置较FDS模拟结果偏高。     

烟气渗入竖井的压力中性面与开口质量流率计算

介绍无烟气持续渗入竖井和有烟气持续渗入竖井的中性面与质量流率计算模型,研究火灾时竖井的烟囱效应。根据质量平衡与热量平衡推导竖井开口质量流率与竖井内部压力中性面位置的计算方法,并进行简化。选取横截面内部尺寸为4 m×4 m、高度为304 m、顶部与底部开口的面积4 m2的竖井,设定火灾烟气从50 m高处连续渗入到竖井内部空间,渗入烟气的初始温度为177℃,烟气渗入的质量流率为10、20、30 kg/s,对比分析理论计算结果与FDS模拟结果。研究发现,KLOTE模型获得的压力中性面位置明显高于数值模拟结果,且该偏差会随着烟气渗入质量流率的增大而增大。提出的简化计算方法与数值模拟结果的差异较小,具有可靠性与高效性。     

超瘦高中庭自然填充烟气层高度预测方法分析

利用半经验公式和CFD数值模拟两种方法,对超瘦高型中庭自然填充烟气层高度进行预测分析。利用FDS软件建立某超高层建筑内部超瘦高中庭的物理模型,对计算数据结果进行处理得出烟气分层的时间和高度,以及随时间变化的烟气前沿高度。将模拟结果和现有理论公式的计算结果相比较,探讨现有公式与推导模型的差异性及可能的原因,为后期火灾模拟试验设计及超瘦高型中庭内烟气层高度预测模型的深化研究奠定基础。     

中庭类建筑排烟补风研究现状及进展

综述国内外在中庭类建筑排烟补风方面的研究现状,包括中庭进行机械排烟时理论补风量的确定、补风速度对烟气沉降的影响、补风口位置对烟气沉降的影响、自然补风口面积对烟气层高度的影响及补风对排烟效率的影响等,总结中庭类建筑火灾时补风的理论研究成果及相关规定,指出不足之处,并对下一步研究方向提出建议。     

上海地区某文化建筑中庭自然通风优化分析

采用CFD计算流体力学方法对上海市某文化建筑中庭室内自然通风进行了数值模拟计算,分析其室内中庭风速、空气龄分布情况,并设计三种优化方案改善其中庭内部自然通风效果.研究得出该建筑原设计方案中庭一层自然通风效果最好,随高度升高,二、三层自然通风效果逐渐变差.通过优化围护结构开口大小、开口高度两种设计参数能够显著改善二、三层自然通风效果和舒适性.可为本地区该类型建筑中庭的自然通风设计优化提供一定的参考.     

中庭建筑邻室及开口尺寸对烟气运动规律影响研究

利用FDS模拟了中庭建筑不同邻室及开口尺寸条件下的烟气运动。讨论了模拟主要现象及各工况下中庭和邻室烟气温度随时间分布特点,得到烟气运动与邻室尺寸及开口尺寸的关系,并对两种因素对烟气运动影响程度进行了分析。研究结果表明,开口尺寸一定时,相同体积的邻室对中庭内烟气运动影响可忽略;由邻室溢出到中庭的烟气量随邻室体积增加不断减小,随开口尺寸减小不断减小;相对于邻室尺寸,开口尺寸对邻室内烟气运动影响更为明显。     

高大中庭建筑防排烟设计方案研究

以某已建大型建筑综合体内中庭式建筑为研究对象,采用大涡模拟的方法研究了该高大中庭内分别设置自然排烟和机械排烟系统时的烟气控制效果。自然排烟开口面积按中庭地面面积5%计算,同时考虑了夏季高温环境对烟气运动的影响。机械排烟系统包括建筑内首层排烟、中庭中部排烟以及中庭顶部排烟三个部分,通过对中庭内温度场、速度场和排烟口处CO浓度的分析,得到了高大中庭建筑结构内的最佳排烟方案。     

瘦高中庭羽流上升及排烟口布置的研究

为研究瘦高中庭建筑火灾独特的烟气流动特点及机械排烟对烟气的影响,采用全尺寸热烟实验及FDS数值模拟的方法,采集并整理了在无排烟系统影响下羽流的上升高度、羽流中心线温度数据,并与经典羽流模型及相关公式进行对比分析,研究了瘦高中庭内火灾烟气羽流的上升特点及排烟口布置方式对瘦高中庭机械排烟效果的影响。结果表明,Mc Caffrey模型适用于描述瘦高中庭羽流中心线温度,修正后的Zukoski模型适用于描述羽流上升时间与高度的关系;当排烟口总面积相等时,分设4个排烟口的排烟方式优于1~2个排烟口。     

回廊式超高中庭三级排烟效果模拟研究

针对高度大于100 m的回廊式超高中庭,建立物理模型,利用FDS模拟三级排烟策略下超高中庭的烟气填充规律。通过对温度、烟密度、能见度等参数综合分析,得到三级排烟设置方式对回廊区域的烟气控制效果。结果发现,超高中庭的火灾烟气填充具有类竖井特征。机械排烟系统会加剧中庭烟气扰动,促进中庭内各部分烟气均匀。中庭区域采用自然排烟有利于回廊的烟气控制,当中庭采用机械排烟时,排烟量一定程度增大并不会强化回廊的烟气控制,此时回廊区域排烟量对局部烟气控制起到重要作用。     

中庭建筑烟气流动控制分析与防排烟

介绍了中庭的火灾特点以及中庭建筑防排烟的现状,分析了中庭建筑烟气流动过程,并且通过结合美国消防协会(NFPA)的商业街、中庭及大空间烟气控制系统设计指南NFPA92B和美国国家建筑规范BOCA中有关中庭烟层界面的预测方法,叙述了中庭建筑烟气控制的方法和中庭烟气控制系统设计计算的一般步骤。     

室外风对高层建筑竖井内烟气运动影响的数值模拟

采用火灾模拟专业软件FDS对不同火源位置、不同风向条件下火灾烟气的运动进行模拟,测定典型位置处温度、速度、CO及CO2体积分数变化情况。实验结果表明:在近地风场中,风向对竖井内烟气蔓延的影响大小顺序为迎风>背风>侧风,竖井开口位于迎风面时,外界风对竖井内烟气运动影响最大:火源位于中性面以上时,烟气通过竖井与前室的开口向竖井内蔓延,并向下运动;而火源位于中性面以下时,前室内烟气向外部运动,竖井内无烟气流入。     

中庭机械排烟量计算方法探析

阐述了中庭防排烟系统机械排烟量的性能化计算方法,即以区域模型为理论基础,结合中庭建筑特征设定火灾热释放率后进行火灾烟气层高度和排烟速率等计算,并给出了计算实例。     

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。     

酒店中庭自然排烟方式的数值模拟

分析青海某庭院式酒店中庭区域的烟气蔓延,通过模拟得到排烟口高度处烟气层内热流、质量流、体积流随时间变化的情况,分析建筑自然排烟系统的有效性,并对比排烟口布置位置对排烟效果的影响。通过计算得出排烟窗面积为内庭院面积的10%时能够保障建筑的消防安全。在4.0 MW的火源功率下,火源稳定之后150s左右烟气层稳定在30～32m高度处;自然排烟口位于庭院中心处的排烟效果优于排烟口位于四周。     

不同季节高大中庭火灾烟气上升高度分析

采用理论计算和数值模拟方法,分析了不同季节、不同火灾功率下烟羽流上升高度,得出相应结论。火源功率越大,或室内温度梯度越小,则烟气上升高度越高。对于高大中庭,大部分火灾烟气无法上升至顶棚,应在不同高度上设置线型光束火灾探测器防止漏报,同时沿高度分层设置排烟设施,以排出无法上升至屋顶的烟气。     

耦合风压和热压的中庭建筑自然通风模拟分析

建立一个简化的中庭建筑模型,利用Airpak软件模拟单独风压作用和耦合热压风压作用两种状况下的室内自然通风效果,然后分别改变窗口位置和增加室内热源强度,根据模拟计算结果,统计建筑内各房间空气换气次数,分析这几种因素对室内自然通风的影响,研究表明热压和风压共同作用时,对迎风面房间起促进作用,对背风面房间产生抑制作用,通风开口位置和室内热源强度是影响室内气流流动的关键因素。     

基于烟气特性的商业综合体防排烟研究

理论分析中庭类商业综合体建筑的火灾烟气特性,计算中庭类商业综合体自然排烟系统排烟口的有效面积,并提出大型商业综合体自然排烟排烟口有效面积的设计理念。以某大型商业综合体为例,采用FDS对基于4MW火灾烟气特性的自然排烟系统的排烟效果进行数值模拟。结果表明:当火源最大热释放速率为4MW时,在该建筑自然排烟系统排烟窗有效面积占中庭地面面积的37.8%时,火灾产生的大部分烟气能够通过顶面自然排烟窗排至室外;各层安全出口附近距离地面2m高度处的烟气在1 800s内均能满足安全疏散的条件;数值模拟与理论预测的排烟效果一致。     

中庭火灾烟气流动的大涡模拟

采用大涡模拟的方法,对中庭火灾烟气的流动过程进行了模拟,了解了中庭烟气的蔓延过程,得到了烟气的速度场和温度场、顶棚射流的速度和温度的详细结果。模拟结果表明,大涡模拟能比较准确地预测中庭内烟气的流动状态,可用于指导中庭建筑的防火设计。     

中庭烟气控制研究现状与展望

综述国内外中庭烟气控制研究现状。讨论了中庭建筑的类型与结构、中庭烟气控制系统、排烟方式、排气效率、烟气填充过程与时间常数、烟气早期分层与烟气探测、控制烟气流动的中庭与相邻空间之间的气流问题以及喷洒系统对烟流的影响等。同时分析了我国现行规范( 高规) 中有关中庭防火设计的规定及存在的问题,并提出今后的研究方向     

相互连通的多个高大中庭排烟方式选择分析

以设有7个相互连通的中庭的建筑为研究对象,对比分析自然排烟和机械排烟的效果。选取迎风面中庭和最高中庭发生火灾,设置自然排烟和机械排烟工况,分析烟粒子蔓延情况和烟粒子浓度分布。结果表明:对于高大的中庭,由于小规模火灾烟气无法上升至顶棚,无法仅依靠设置于屋顶的排烟设施进行排烟,必须在中庭的中间位置增设排烟设施。相比于增设机械排烟设施,在中间位置外墙上增设自然排烟窗能更有效地排出无法上升至顶棚的烟气。外界环境有风时,在外墙迎风面设置的自然排烟窗为补风状态,背风面自然排烟窗为排烟状态,在中庭内形成空气对流,有利于烟气排出。