不同開口狀況下多層建筑火災(zāi)煙氣運動的數(shù)值模擬

火災(zāi)煙氣是導致多層建筑火災(zāi)中人員傷亡的主要原因。結(jié)合多層建筑的實際情況,利用縮尺度模型實驗樓模擬多層建筑火災(zāi)的典型情況,對其火災(zāi)煙氣自火源產(chǎn)生后的運動特性進行實驗研究。結(jié)果表明,煙氣沿程由于熱交換溫度不斷降低,會迅速達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。實驗結(jié)果的分析能夠較好地符合實際火災(zāi)的一些典型調(diào)查結(jié)果。

對當前國內(nèi)外常用的建筑火災(zāi)煙氣運動的數(shù)值模擬方法進行了綜合分析,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)值模擬方法的特點與不足,指出了各種方法的適用范圍,提出今后一段時間內(nèi)我國建筑火災(zāi)煙氣運動數(shù)值模擬的發(fā)展方向.

火災(zāi)煙氣控制數(shù)值模擬以區(qū)域模型、場模型及網(wǎng)絡(luò)模型為主,根據(jù)文獻,對前兩種模型歸納總結(jié),并列表說明,其中包括51種區(qū)域模型和18種場模型。對區(qū)域模型、場模型及網(wǎng)絡(luò)模型作了簡要介紹和分析比較,并簡述數(shù)值模擬計算過程中誤差的產(chǎn)生及模型的驗證。

對有自然通風的建筑物通道-單室內(nèi)的火災(zāi)煙氣運動進行了數(shù)值模擬,給出了煙氣溫度、速度和組分質(zhì)量分數(shù)的分布。模擬得到的煙氣溫度場和速度場在火源區(qū)及火源以外的其它區(qū)域均與實驗數(shù)據(jù)相符合,預(yù)報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)生在各種長通道內(nèi)的建筑火災(zāi)受到人們越來越多的關(guān)注。研究此類火災(zāi)煙氣運動的特點,對于發(fā)展火災(zāi)煙氣控制技術(shù),減少煙氣對人員的傷害具有重要的意義。應(yīng)用場模擬方法,對有自然通風的建筑物通道內(nèi)的火災(zāi)煙氣運動進行了數(shù)值模擬。模擬得到的通道內(nèi)煙氣溫度的分層分布與實驗數(shù)據(jù)基本相符合,煙氣對環(huán)境空氣卷吸量的計算值也與已有經(jīng)驗關(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通道內(nèi)火災(zāi)煙氣運動的影響。結(jié)果表明,在有自然通風的條件下,釋熱率的增大對通道上層熱煙氣的溫度和速度有較明顯的影響,導致火災(zāi)的危害性變大。

系統(tǒng)地介紹了建筑火災(zāi)煙氣運動的各種數(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,包括9種網(wǎng)絡(luò)模型、32種區(qū)域模型、15種場模型及3種復(fù)合模型;從理論角度闡述了各類模型的計算方法,著重介紹了其中有代表性的幾個模型;提出復(fù)合模型是未來模型的發(fā)展方向。為初涉建筑火災(zāi)煙氣運動數(shù)值模擬的研究人員提供了思路。

通風控制下的建筑物火災(zāi)具有很大危害性。對受通風控制的建筑物通道內(nèi)的火災(zāi)煙氣運動進行了數(shù)值模擬,給出了煙氣溫度、速度和組分質(zhì)量分數(shù)的分布。將模擬結(jié)果與燃料控制下通道內(nèi)火災(zāi)煙氣運動的計算結(jié)果進行了對比,揭示了不同燃燒狀況下通道內(nèi)煙氣運動與火蔓延的特點。

利用火災(zāi)科學國家重點實驗室的模型實驗樓,對多層多室建筑室內(nèi)火災(zāi)時,煙氣運動過程的規(guī)律進行研究,實驗過程主要對煙流成份、溫度、氣壓差和煙流速度等進行測量與分析,并基于國家標準“工作場所有害因素職業(yè)接觸限值(gbz2-2002)”對煙流成份對人的危害情況進行分析.結(jié)果表明:多層多室建筑火災(zāi)時,著火源點垂直高度上溫差最大,隨著煙流蔓延和擴散,煙氣層溫度基本趨于一致.對于木垛火災(zāi)和煤油火災(zāi),最先超過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)過程中,由于煙流的氣壓差波動幅度及頻率較大,容易導致煙流在流動過程中充分蔓延到所流經(jīng)通道的每一個空間,使人員避災(zāi)難度加大.

作者根據(jù)高層建筑火災(zāi)煙氣流動的特點,應(yīng)用火災(zāi)煙流模型和計算機網(wǎng)絡(luò)模型,在cfx軟件支持下,對高層建筑火災(zāi)煙氣流動性狀進行數(shù)值模擬,該模擬計算為高層建筑安全及火災(zāi)救援提供理論依據(jù)。通過模擬計算可以得出任意時刻高層建筑各部位的溫度、壓力、煙氣濃度及開口處流量。利用模擬計算結(jié)果,可以評價高層建筑整體或局部火災(zāi)安全性能,制定科學的應(yīng)急救援預(yù)案,提供救災(zāi)決策支持信息。

以某火災(zāi)事故建筑為原型,運用fds模擬凹廊式高層建筑火災(zāi)的蔓延過程,對比室外凹廊處和室內(nèi)起火的條件下煙氣蔓延情況,分析凹廊處起火煙氣蔓延速度、溫度、遮光率和煙氣的質(zhì)量濃度等參數(shù)的變化以及有無主導風向?qū)馂?zāi)蔓延的影響。結(jié)果表明:煙氣垂直方向蔓延速度表現(xiàn)為距離著火點越近速度越快；有凹廊設(shè)計的高層建筑更易形成"煙囪效應(yīng)",加速火勢蔓延,應(yīng)提高凹廊處耐火限度,增加防火、防煙設(shè)施；凹廊式建筑設(shè)計施工中應(yīng)對主導風向的下風向一側(cè)提升耐火限度。

基于性能化防火思想,采用數(shù)值模擬方法,針對某大跨度大空間工業(yè)建筑內(nèi)可能出現(xiàn)的火災(zāi)場景進行模擬和分析,研究評價了火災(zāi)煙氣的輸運情況,通過比較不同防排煙設(shè)計方案的計算結(jié)果,對此類建筑的消防安全進行評價,得出了一些對建筑消防安全設(shè)計有用的結(jié)論。

分析了高層建筑火災(zāi)期間疏散通道內(nèi)煙氣溫度場分布的變化規(guī)律.通過建立熱平衡差分方程,分析煙氣與建筑物墻體的傳熱過程;建立煙氣與空氣混合的數(shù)學模型,分析煙氣在高層建筑橫向通道內(nèi)的擴散過程.通過算例分析了煙氣溫度與擴散時間和疏散通道長度的變化規(guī)律,在煙氣擴散過程中煙氣溫度變化受火源煙氣發(fā)生量的影響較大,而受建筑墻體與煙氣熱交換的影響較小.

根據(jù)我國現(xiàn)有高層建筑所采用的主要防排煙方式,采用cfd的方法完成了火災(zāi)時煙氣的不同控制模式的模擬,并對不同的防排煙模式的模擬結(jié)果進行比較。結(jié)果表明當采用走道排煙加前室門設(shè)置空氣幕或前室和樓梯間的加壓防煙時,其煙氣空氣效果基本一致,均不能滿足整個建筑的安全疏散時間的要求,但空氣幕防煙較加壓防煙所需新鮮空氣量更少,能有效防止火災(zāi)的進一步擴大和控制煙氣擴散。當采用空氣幕加前室或樓梯間加壓的組合防煙時,能較好的控制煙氣的擴散,滿足安全疏散時間的要求,即可以用空氣幕和加壓的組合來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的前室和樓梯間加壓的防煙方式。本文的研究成果可以為合理的設(shè)計高層建筑火災(zāi)時煙氣的控制方式提供了一定的理論依據(jù)。

[文章編號]100228528(2009)0720016205 高層建筑火災(zāi)煙氣控制模式的數(shù)值分析 靖成銀,何嘉鵬,周　汝,許小磊(南京工業(yè)大學城市建設(shè)與安全環(huán)境學院,南京210009) [摘　要]根據(jù)我國現(xiàn)有高層建筑所采用的主要防排煙方式,采用cfd的方法完成了火災(zāi)時煙氣的不同控制模式的模 擬,并對不同的防排煙模式的模擬結(jié)果進行比較。結(jié)果表明當采用走道排煙加前室門設(shè)置空氣幕或前室和樓梯間的加壓防 煙時,其煙氣空氣效果基本一致,均不能滿足整個建筑的安全疏散時間的要求,但空氣幕防煙較加壓防煙所需新鮮空氣量更 少,能有效防止火災(zāi)的進一步擴大和控制煙氣擴散。當采用空氣幕加前室或樓梯間加壓的組合防煙時,能較好的控制煙氣的 擴散,滿足安全疏散時間的要求,即可以用空氣幕和加壓的組合來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的前室和樓梯間加壓的防煙方式。本文的研究成 果可以為合理的設(shè)

隨著城市化進程的加快，許多城市開始興建地下商業(yè)建筑，地下商業(yè)建筑防火問題越來越受到人們的關(guān)注。由于地下商業(yè)建筑的建構(gòu)特點與地面建筑有很大的差異，其建筑結(jié)構(gòu)的封閉性強，通風排煙差，因此更容易帶來火災(zāi)隱患。本文主要從地下建筑煙氣控制方法以及煙氣控制具體方案展開深入的探討。

以某地鐵隧道過江段為研究對象,基于cfd數(shù)值模擬方法,采用大渦模擬火災(zāi)分析軟件fds對相同縱向風速條件下,排煙道內(nèi)不同排煙風速對地鐵列車火災(zāi)煙氣控制效果的影響進行模擬對比分析,分析結(jié)果可為設(shè)計單位對在排煙風機的選取提供一定的參考。模擬分析的結(jié)果表明,當縱向風速設(shè)定為1m/s時,排煙風道內(nèi)排煙風速為5m/s即能達到較好的地鐵列車火災(zāi)煙氣控制效果。

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

研究設(shè)有吹拔空間的高層建筑煙氣流動及火災(zāi)蔓延特征,分析其對防火分區(qū)和安全疏散的影響。采用性能化消防設(shè)計的方法對某設(shè)有74.65m、55.95m雙吹拔空間的一類高層建筑建立火災(zāi)發(fā)展模型、設(shè)計火災(zāi)場景、用cfd火災(zāi)模擬軟件進行數(shù)值模擬。結(jié)果表明該建筑利用吹拔空間自然排煙時各火災(zāi)場景均能滿足各層人員疏散的性能指標,在吹拔空間四周環(huán)廊上設(shè)置擋煙垂壁影響煙氣的順暢排出,縮短了危險來臨時間,增大了火災(zāi)的危害性。提出吹拔空間式建筑宜利用煙囪效應(yīng)優(yōu)先采用自然排煙方式,煙氣控制宜疏堵結(jié)合,以疏導為主的設(shè)計理念。

單室火災(zāi)煙氣流動規(guī)律的數(shù)值模擬——本文利用商業(yè)計算流體軟件phoenics，分別對自然通風、空調(diào)送風、自然排煙、機械排煙等四種常見的建筑通風狀態(tài)下的客房進行煙氣流動規(guī)律的模擬研究，得出：火災(zāi)后，自然排煙和機械排煙在一定程度上都能將著火房間的煙氣、熱量...

通過對地下建筑火災(zāi)煙氣的特點及危險性分析,指出控制煙氣流擴散是地下建筑防火的重點問題。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)實施合理的防煙、排煙措施,以達到地下建筑防火、防煙和安全使用的目的。

通過建立高層辦公建筑物理模型,采用大渦模擬方法進行數(shù)值模擬,研究不同風向條件下室外風對高層建筑疏散通道煙氣運動的影響規(guī)律。結(jié)果表明:室外風可以稀釋走廊煙氣中co的濃度,加快煙氣排出;煙氣在樓梯間的運動由于受到多種因素影響,情況較為復(fù)雜,迎風時,室外風對于樓梯間煙氣排出和人員疏散具有積極的作用,背風時則相反。因此高層建筑設(shè)計時應(yīng)加大走廊中可開啟外窗的面積,將設(shè)有外窗的樓梯間設(shè)置在該地區(qū)常年主導風向一側(cè)。

從緊靠建筑的坡地對煙氣流動的作用、煙氣分布特性等方面分析不同坡度的坡地對建筑煙氣流動的影響,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。提出此類建筑火災(zāi)煙氣的控制方法、工程實踐中存在的問題,提出提高建筑消防安全性的措施。