不同开口状况下多层建筑火灾烟气运动的数值模拟

火灾烟气是导致多层建筑火灾中人员伤亡的主要原因。结合多层建筑的实际情况,利用缩尺度模型实验楼模拟多层建筑火灾的典型情况,对其火灾烟气自火源产生后的运动特性进行实验研究。结果表明,烟气沿程由于热交换温度不断降低,会迅速达到顶部楼层并立即沉降,而且不同工况条件下所包含的有毒成分浓度随着火源温度的升高而上升。实验结果的分析能够较好地符合实际火灾的一些典型调查结果。

对当前国内外常用的建筑火灾烟气运动的数值模拟方法进行了综合分析,阐述了各种数值模拟方法的主要思想,介绍了基于各种模拟方法火灾模拟软件的发展现状;讨论了各种数值模拟方法的特点与不足,指出了各种方法的适用范围,提出今后一段时间内我国建筑火灾烟气运动数值模拟的发展方向.

火灾烟气控制数值模拟以区域模型、场模型及网络模型为主,根据文献,对前两种模型归纳总结,并列表说明,其中包括51种区域模型和18种场模型。对区域模型、场模型及网络模型作了简要介绍和分析比较,并简述数值模拟计算过程中误差的产生及模型的验证。

对有自然通风的建筑物通道-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-单室内的火灾处于燃料控制状态。

发生在各种长通道内的建筑火灾受到人们越来越多的关注。研究此类火灾烟气运动的特点,对于发展火灾烟气控制技术,减少烟气对人员的伤害具有重要的意义。应用场模拟方法,对有自然通风的建筑物通道内的火灾烟气运动进行了数值模拟。模拟得到的通道内烟气温度的分层分布与实验数据基本相符合,烟气对环境空气卷吸量的计算值也与已有经验关系式的结果相一致。利用数值模拟还研究了释热率对通道内火灾烟气运动的影响。结果表明,在有自然通风的条件下,释热率的增大对通道上层热烟气的温度和速度有较明显的影响,导致火灾的危害性变大。

系统地介绍了建筑火灾烟气运动的各种数值模拟方法。将收集到的59种建筑火灾模型分为4大类,包括9种网络模型、32种区域模型、15种场模型及3种复合模型;从理论角度阐述了各类模型的计算方法,着重介绍了其中有代表性的几个模型;提出复合模型是未来模型的发展方向。为初涉建筑火灾烟气运动数值模拟的研究人员提供了思路。

通风控制下的建筑物火灾具有很大危害性。对受通风控制的建筑物通道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。将模拟结果与燃料控制下通道内火灾烟气运动的计算结果进行了对比,揭示了不同燃烧状况下通道内烟气运动与火蔓延的特点。

利用火灾科学国家重点实验室的模型实验楼,对多层多室建筑室内火灾时,烟气运动过程的规律进行研究,实验过程主要对烟流成份、温度、气压差和烟流速度等进行测量与分析,并基于国家标准“工作场所有害因素职业接触限值(gbz2-2002)”对烟流成份对人的危害情况进行分析.结果表明:多层多室建筑火灾时,着火源点垂直高度上温差最大,随着烟流蔓延和扩散,烟气层温度基本趋于一致.对于木垛火灾和煤油火灾,最先超过一般人的生理极限的主要成份是so2,co和co2,其次是no和no2.多层建筑火灾过程中,由于烟流的气压差波动幅度及频率较大,容易导致烟流在流动过程中充分蔓延到所流经通道的每一个空间,使人员避灾难度加大.

作者根据高层建筑火灾烟气流动的特点,应用火灾烟流模型和计算机网络模型,在cfx软件支持下,对高层建筑火灾烟气流动性状进行数值模拟,该模拟计算为高层建筑安全及火灾救援提供理论依据。通过模拟计算可以得出任意时刻高层建筑各部位的温度、压力、烟气浓度及开口处流量。利用模拟计算结果,可以评价高层建筑整体或局部火灾安全性能,制定科学的应急救援预案,提供救灾决策支持信息。

以某火灾事故建筑为原型,运用fds模拟凹廊式高层建筑火灾的蔓延过程,对比室外凹廊处和室内起火的条件下烟气蔓延情况,分析凹廊处起火烟气蔓延速度、温度、遮光率和烟气的质量浓度等参数的变化以及有无主导风向对火灾蔓延的影响。结果表明:烟气垂直方向蔓延速度表现为距离着火点越近速度越快；有凹廊设计的高层建筑更易形成"烟囱效应",加速火势蔓延,应提高凹廊处耐火限度,增加防火、防烟设施；凹廊式建筑设计施工中应对主导风向的下风向一侧提升耐火限度。

基于性能化防火思想,采用数值模拟方法,针对某大跨度大空间工业建筑内可能出现的火灾场景进行模拟和分析,研究评价了火灾烟气的输运情况,通过比较不同防排烟设计方案的计算结果,对此类建筑的消防安全进行评价,得出了一些对建筑消防安全设计有用的结论。

分析了高层建筑火灾期间疏散通道内烟气温度场分布的变化规律.通过建立热平衡差分方程,分析烟气与建筑物墙体的传热过程;建立烟气与空气混合的数学模型,分析烟气在高层建筑横向通道内的扩散过程.通过算例分析了烟气温度与扩散时间和疏散通道长度的变化规律,在烟气扩散过程中烟气温度变化受火源烟气发生量的影响较大,而受建筑墙体与烟气热交换的影响较小.

根据我国现有高层建筑所采用的主要防排烟方式,采用cfd的方法完成了火灾时烟气的不同控制模式的模拟,并对不同的防排烟模式的模拟结果进行比较。结果表明当采用走道排烟加前室门设置空气幕或前室和楼梯间的加压防烟时,其烟气空气效果基本一致,均不能满足整个建筑的安全疏散时间的要求,但空气幕防烟较加压防烟所需新鲜空气量更少,能有效防止火灾的进一步扩大和控制烟气扩散。当采用空气幕加前室或楼梯间加压的组合防烟时,能较好的控制烟气的扩散,满足安全疏散时间的要求,即可以用空气幕和加压的组合来代替传统的前室和楼梯间加压的防烟方式。本文的研究成果可以为合理的设计高层建筑火灾时烟气的控制方式提供了一定的理论依据。

[文章编号]100228528(2009)0720016205 高层建筑火灾烟气控制模式的数值分析 靖成银,何嘉鹏,周　汝,许小磊(南京工业大学城市建设与安全环境学院,南京210009) [摘　要]根据我国现有高层建筑所采用的主要防排烟方式,采用cfd的方法完成了火灾时烟气的不同控制模式的模 拟,并对不同的防排烟模式的模拟结果进行比较。结果表明当采用走道排烟加前室门设置空气幕或前室和楼梯间的加压防 烟时,其烟气空气效果基本一致,均不能满足整个建筑的安全疏散时间的要求,但空气幕防烟较加压防烟所需新鲜空气量更 少,能有效防止火灾的进一步扩大和控制烟气扩散。当采用空气幕加前室或楼梯间加压的组合防烟时,能较好的控制烟气的 扩散,满足安全疏散时间的要求,即可以用空气幕和加压的组合来代替传统的前室和楼梯间加压的防烟方式。本文的研究成 果可以为合理的设

随着城市化进程的加快，许多城市开始兴建地下商业建筑，地下商业建筑防火问题越来越受到人们的关注。由于地下商业建筑的建构特点与地面建筑有很大的差异，其建筑结构的封闭性强，通风排烟差，因此更容易带来火灾隐患。本文主要从地下建筑烟气控制方法以及烟气控制具体方案展开深入的探讨。

以某地铁隧道过江段为研究对象,基于cfd数值模拟方法,采用大涡模拟火灾分析软件fds对相同纵向风速条件下,排烟道内不同排烟风速对地铁列车火灾烟气控制效果的影响进行模拟对比分析,分析结果可为设计单位对在排烟风机的选取提供一定的参考。模拟分析的结果表明,当纵向风速设定为1m/s时,排烟风道内排烟风速为5m/s即能达到较好的地铁列车火灾烟气控制效果。

地下建筑发生火灾时,烟气对人员的危害十分巨大。对地下建筑烟气流动规律、人员的安全疏散及其防排烟措施进行了探讨。

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74.65m、55.95m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...

通过对地下建筑火灾烟气的特点及危险性分析,指出控制烟气流扩散是地下建筑防火的重点问题。从重视火灾的预防与扑救初期火灾角度出发,提出在地下建筑中应实施合理的防烟、排烟措施,以达到地下建筑防火、防烟和安全使用的目的。

通过建立高层办公建筑物理模型,采用大涡模拟方法进行数值模拟,研究不同风向条件下室外风对高层建筑疏散通道烟气运动的影响规律。结果表明:室外风可以稀释走廊烟气中co的浓度,加快烟气排出;烟气在楼梯间的运动由于受到多种因素影响,情况较为复杂,迎风时,室外风对于楼梯间烟气排出和人员疏散具有积极的作用,背风时则相反。因此高层建筑设计时应加大走廊中可开启外窗的面积,将设有外窗的楼梯间设置在该地区常年主导风向一侧。

从紧靠建筑的坡地对烟气流动的作用、烟气分布特性等方面分析不同坡度的坡地对建筑烟气流动的影响,得到不同楼层窗口温度变化及着火层室内烟气层高度变化。提出此类建筑火灾烟气的控制方法、工程实践中存在的问题,提出提高建筑消防安全性的措施。