典型礦井巷道外因火災(zāi)煙氣運(yùn)移規(guī)律及主要影響因素

對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外常用的建筑火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬方法進(jìn)行了綜合分析,闡述了各種數(shù)值模擬方法的主要思想,介紹了基于各種模擬方法火災(zāi)模擬軟件的發(fā)展現(xiàn)狀;討論了各種數(shù)值模擬方法的特點(diǎn)與不足,指出了各種方法的適用范圍,提出今后一段時(shí)間內(nèi)我國(guó)建筑火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬的發(fā)展方向.

通過(guò)在地鐵站臺(tái)進(jìn)行的火災(zāi)實(shí)體試驗(yàn),對(duì)車(chē)站各種空調(diào)通風(fēng)條件下棉繩陰燃火與聚氨酯明火的煙氣速度、溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析,研究地鐵中具有格柵鏤空吊頂?shù)能?chē)站站臺(tái)在不同空調(diào)通風(fēng)工況下火災(zāi)初期煙氣運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。多點(diǎn)風(fēng)速探頭和溫度記錄探頭設(shè)置在火源正上方以及在距火源水平距離約2m遠(yuǎn)的4個(gè)位置,分別設(shè)置在鏤空格柵吊頂?shù)纳戏胶拖路健Ｔ诳照{(diào)通風(fēng)工況下,送風(fēng)對(duì)煙氣的上升有不同程度的抑制作用,一定程度上延長(zhǎng)了火源的燃燒時(shí)間。對(duì)于陰燃火源,煙氣溫度的降低導(dǎo)致煙氣很難升至吊頂上方。

多層建筑火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬——摘要:闡述了煙氣運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用cfd技術(shù)對(duì)多層建筑火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了模擬,分析了煙氣的運(yùn)動(dòng)狀況,初步論述了cfd技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。　　關(guān)鍵詞:煙氣流動(dòng);數(shù)值模擬;cfd　　1建筑火災(zāi)煙氣的擴(kuò)散路線　　...

火災(zāi)煙氣是導(dǎo)致多層建筑火災(zāi)中人員傷亡的主要原因。結(jié)合多層建筑的實(shí)際情況,利用縮尺度模型實(shí)驗(yàn)樓模擬多層建筑火災(zāi)的典型情況,對(duì)其火災(zāi)煙氣自火源產(chǎn)生后的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明,煙氣沿程由于熱交換溫度不斷降低,會(huì)迅速達(dá)到頂部樓層并立即沉降,而且不同工況條件下所包含的有毒成分濃度隨著火源溫度的升高而上升。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能夠較好地符合實(shí)際火災(zāi)的一些典型調(diào)查結(jié)果。

對(duì)有自然通風(fēng)的建筑物通道-單室內(nèi)的火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,給出了煙氣溫度、速度和組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布。模擬得到的煙氣溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)在火源區(qū)及火源以外的其它區(qū)域均與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符合,預(yù)報(bào)出了二氧化碳與氧氣濃度的分層分布。在所研究的釋熱率條件下,通道-單室內(nèi)的火災(zāi)處于燃料控制狀態(tài)。

發(fā)生在各種長(zhǎng)通道內(nèi)的建筑火災(zāi)受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。研究此類(lèi)火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),對(duì)于發(fā)展火災(zāi)煙氣控制技術(shù),減少煙氣對(duì)人員的傷害具有重要的意義。應(yīng)用場(chǎng)模擬方法,對(duì)有自然通風(fēng)的建筑物通道內(nèi)的火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬得到的通道內(nèi)煙氣溫度的分層分布與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本相符合,煙氣對(duì)環(huán)境空氣卷吸量的計(jì)算值也與已有經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式的結(jié)果相一致。利用數(shù)值模擬還研究了釋熱率對(duì)通道內(nèi)火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)的影響。結(jié)果表明,在有自然通風(fēng)的條件下,釋熱率的增大對(duì)通道上層熱煙氣的溫度和速度有較明顯的影響,導(dǎo)致火災(zāi)的危害性變大。

闡述了煙氣運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用cfd技術(shù)對(duì)多層建筑火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了模擬,分析了煙氣的運(yùn)動(dòng)狀況,初步論述了cfd技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。

從緊靠建筑的坡地對(duì)煙氣流動(dòng)的作用、煙氣分布特性等方面分析不同坡度的坡地對(duì)建筑煙氣流動(dòng)的影響,得到不同樓層窗口溫度變化及著火層室內(nèi)煙氣層高度變化。提出此類(lèi)建筑火災(zāi)煙氣的控制方法、工程實(shí)踐中存在的問(wèn)題,提出提高建筑消防安全性的措施。

研究了縱向風(fēng)對(duì)通道火災(zāi)熱分層和煙顆粒分層特性的影響.縱向風(fēng)可能使通道內(nèi)的分層流出現(xiàn)kelvin-helmholtz流動(dòng)不穩(wěn)定性,并導(dǎo)致煙顆粒向下部空間擴(kuò)散;當(dāng)縱向風(fēng)較大時(shí),煙氣層的熱分層穩(wěn)定性被破壞,導(dǎo)致煙顆粒與冷空氣出現(xiàn)強(qiáng)烈摻混,煙顆粒層顯著變厚.通道火災(zāi)的熱分層和煙顆粒分層特性與froude數(shù)或richardson數(shù)關(guān)聯(lián)緊密.實(shí)驗(yàn)初步得到了出現(xiàn)kelvin-helmholtz流動(dòng)不穩(wěn)定和熱分層不穩(wěn)定的臨界條件.

分析得出火災(zāi)產(chǎn)生煙氣的速率較關(guān)閉門(mén)窗的滲漏空氣量大得多；分析了影響火災(zāi)煙氣擴(kuò)散的各種壓力作用機(jī)理，特別提出了燃燒過(guò)程好象一臺(tái)不斷運(yùn)轉(zhuǎn)的小型“風(fēng)機(jī)”，燃燒過(guò)程產(chǎn)生的浮力和膨脹力為高溫?zé)煔庋仨斉飻U(kuò)散、沿外窗外逸提供動(dòng)力，并指出火風(fēng)壓不能簡(jiǎn)單的用空氣柱重量差計(jì)算；利用流體力學(xué)能量方程理論，分析了5種情況火災(zāi)房間的壓力變化和火災(zāi)煙氣泄出的情形；得出了火災(zāi)煙氣可能出現(xiàn)的擴(kuò)散形式，圖4，表3，參8。

地下建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí),煙氣對(duì)人員的危害十分巨大。對(duì)地下建筑煙氣流動(dòng)規(guī)律、人員的安全疏散及其防排煙措施進(jìn)行了探討。

本文通過(guò)對(duì)地下建筑火災(zāi)煙氣的特點(diǎn)和相關(guān)的危險(xiǎn)性進(jìn)行的分析，指出了地下建筑防火的關(guān)鍵因素是有效控制煙氣排出。在地下建筑的防火措施中，要切實(shí)做好有效、穩(wěn)妥的排煙、防煙的各項(xiàng)措施，從而達(dá)到能真正有效地杜絕地下建筑發(fā)生火災(zāi)的隱患的目的。

通過(guò)對(duì)地下建筑火災(zāi)煙氣的特點(diǎn)及危險(xiǎn)性分析,指出控制煙氣流擴(kuò)散是地下建筑防火的重點(diǎn)問(wèn)題。從重視火災(zāi)的預(yù)防與撲救初期火災(zāi)角度出發(fā),提出在地下建筑中應(yīng)實(shí)施合理的防煙、排煙措施,以達(dá)到地下建筑防火、防煙和安全使用的目的。

在火災(zāi)煙氣遷移和機(jī)械加壓補(bǔ)風(fēng)的理論研究基礎(chǔ)上,基于fds火災(zāi)模擬軟件的大渦模擬(les)及smagorinsky亞格子尺度模型對(duì)某大學(xué)宿舍樓進(jìn)行實(shí)體建模。危害性氣體co在水平方向上的體積分?jǐn)?shù)演變非常相近,火源處產(chǎn)生的危害性氣體成分能夠沿著水平方向傳播到遠(yuǎn)距離處而自身體積分?jǐn)?shù)的變化很小,co的體積分?jǐn)?shù)峰值隨高度呈現(xiàn)明顯的階梯變化。數(shù)值模擬結(jié)果證明,火災(zāi)中大量的人員都死于遠(yuǎn)距離處的主要原因可能是吸入了大量迎面而來(lái)的(而不是身后面趕上的)煙氣中危害性氣體co,由此對(duì)建筑防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中針對(duì)高層建筑火災(zāi)煙氣遷移問(wèn)題提出了改進(jìn)意見(jiàn)。

以錢(qián)江水下盾構(gòu)隧道為研究對(duì)象,采用fds5.0對(duì)雙向均衡排煙模式和50mw火災(zāi)規(guī)模下、10個(gè)不同集中排煙量對(duì)隧道火災(zāi)煙氣控制效果的影響進(jìn)行模擬計(jì)算。對(duì)比分析不同集中排煙量下,隧道內(nèi)排煙閥處豎向排煙風(fēng)速、排煙閥及排煙風(fēng)機(jī)口處溫度、排煙效率、行車(chē)道2m高度處能見(jiàn)度、煙氣蔓延范圍的變化情況。模擬分析表明,集中排煙量對(duì)排煙效果影響很大。當(dāng)排煙量為190m3/s時(shí),可達(dá)到較好的隧道火災(zāi)煙氣控制效果。

通風(fēng)控制下的建筑物火災(zāi)具有很大危害性。對(duì)受通風(fēng)控制的建筑物通道內(nèi)的火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,給出了煙氣溫度、速度和組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布。將模擬結(jié)果與燃料控制下通道內(nèi)火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,揭示了不同燃燒狀況下通道內(nèi)煙氣運(yùn)動(dòng)與火蔓延的特點(diǎn)。

系統(tǒng)地介紹了建筑火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)的各種數(shù)值模擬方法。將收集到的59種建筑火災(zāi)模型分為4大類(lèi),包括9種網(wǎng)絡(luò)模型、32種區(qū)域模型、15種場(chǎng)模型及3種復(fù)合模型;從理論角度闡述了各類(lèi)模型的計(jì)算方法,著重介紹了其中有代表性的幾個(gè)模型;提出復(fù)合模型是未來(lái)模型的發(fā)展方向。為初涉建筑火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬的研究人員提供了思路。

利用火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的模型實(shí)驗(yàn)樓,對(duì)多層多室建筑室內(nèi)火災(zāi)時(shí),煙氣運(yùn)動(dòng)過(guò)程的規(guī)律進(jìn)行研究,實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要對(duì)煙流成份、溫度、氣壓差和煙流速度等進(jìn)行測(cè)量與分析,并基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值(gbz2-2002)”對(duì)煙流成份對(duì)人的危害情況進(jìn)行分析.結(jié)果表明:多層多室建筑火災(zāi)時(shí),著火源點(diǎn)垂直高度上溫差最大,隨著煙流蔓延和擴(kuò)散,煙氣層溫度基本趨于一致.對(duì)于木垛火災(zāi)和煤油火災(zāi),最先超過(guò)一般人的生理極限的主要成份是so2,co和co2,其次是no和no2.多層建筑火災(zāi)過(guò)程中,由于煙流的氣壓差波動(dòng)幅度及頻率較大,容易導(dǎo)致煙流在流動(dòng)過(guò)程中充分蔓延到所流經(jīng)通道的每一個(gè)空間,使人員避災(zāi)難度加大.

基于性能化防火思想,采用數(shù)值模擬方法,針對(duì)某大跨度大空間工業(yè)建筑內(nèi)可能出現(xiàn)的火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行模擬和分析,研究評(píng)價(jià)了火災(zāi)煙氣的輸運(yùn)情況,通過(guò)比較不同防排煙設(shè)計(jì)方案的計(jì)算結(jié)果,對(duì)此類(lèi)建筑的消防安全進(jìn)行評(píng)價(jià),得出了一些對(duì)建筑消防安全設(shè)計(jì)有用的結(jié)論。

建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí),因火災(zāi)而傷亡者中大多數(shù)為煙害所致。高層建筑中由于存在“煙囪效應(yīng)”的作用,煙氣更容易向上迅速蔓延,而不同的開(kāi)口狀況將影響這種蔓延速度。本文闡述了多層建筑火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型及數(shù)值方法,應(yīng)用phoenics3.5對(duì)多層建筑火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了模擬,分析比較了不同開(kāi)口狀況下火災(zāi)煙氣的運(yùn)動(dòng)狀況;同時(shí),初步論述了phoenics用在建筑火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬上的優(yōu)點(diǎn)和可行性,以及用它來(lái)模擬不同開(kāi)口狀況下多層建筑火災(zāi)煙氣運(yùn)動(dòng)的實(shí)用性。

為了解高層建筑物內(nèi)火災(zāi)煙氣在垂直方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,使用fds4.0測(cè)定了典型高層建筑物在防火門(mén)的開(kāi)啟狀態(tài)下各層樓梯間及走廊中火災(zāi)煙氣的溫度和co,o2等氣體的濃度變化情況。模擬結(jié)果表明:中和面以上各層危險(xiǎn)性隨高度增加而增加,中和面以下各層則以靠近火災(zāi)層而危險(xiǎn)性增加,中和面附近各層危險(xiǎn)到來(lái)時(shí)間相對(duì)滯后,同時(shí)隨著火災(zāi)的發(fā)展,中和面有下降的趨勢(shì)。

縱向通風(fēng)對(duì)隧道火災(zāi)煙氣層結(jié)構(gòu)及豎井排煙的影響機(jī)制研究