大空间建筑火灾烟气蔓延的数值模拟

摘要

建筑火灾是威胁人们生命和财产安全的最直接、最严重的灾害之一。随着我国经济的发展，建筑的形式和功能向多元化转变，建筑的空间也在逐渐加大。由于大空间建筑结构多样、火灾荷载大、火源类型复杂等特点，与普通建筑相比，大空间建筑火灾的防治更有其特殊性。研究大空间建筑的火灾特征并提供相应的防治技术，是火灾研究的一个重要课题。 本文运用火灾场模拟软件FDS4.06，并采用大涡模拟方法对一大空间建筑实例——某机场仓库的火灾场景进行数值模拟研究。论文设置了四种不同的火灾场景进行对比，包括不同火源位置、不同火源功率、不同通风面积和不同外界风环境。模拟结果表明，在小开口、火源1.2MW时，低位和高位两种火源情况都符合火灾评估的安全标准；在小开口、火源低位情况下，5MW火源时的能见度降到了13m以下，对仓库内的人员构成了威胁；加大通风口的面积能够提升烟气层的高度，降低烟气的温度，并有效地将仓库内的能见度提高到保证人员安全疏散的范围之内；外界风对仓库的自然排烟系统确实会产生一些不利的影响，例如烟气温度升高，烟气层下降，能见度降低等，但本文中的侧向风对仓库内的烟气蔓延影响不是很大，此设计仍然符合安全评估标准。 本文的研究结果不但为该机场仓库的防火设计提供了一些依据和指导，而且也可作为其他大空间建筑火灾安全工程研究的相关参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.1.1大空间火灾的特点

1.1.2烟气的定义及危害

1.1.3研究的目的及意义

1.2国内外的研究状况和发展

1.2.1国外研究状况

1.2.2国内研究状况

1.2.3发展前景

1.3研究方法的选择

1.3.1数值模拟方法在火灾研究中的作用

1.3.2火灾数值模拟方法的分类

1.3.3本文的研究方法

1.4本文研究的主要内容

第2章火灾热流场的数学模型

2.1低马赫数热驱动浮力流控制方程

2.1.1多组分可压缩粘性流通用控制方程组(N-S方程组)

2.1.2低马赫数浮力流模型方程

2.1.3模型方程的简化

2.2燃烧模型

2.2.1混合分数燃烧模型

2.2.2修正的混合分数模型

2.3辐射模型

2.4大涡模拟(LES)

2.4.1可压缩流的大涡模拟

2.4.2模型方程的滤波

2.5本章小结

第3章数值模拟与实验结果的比较

3.1实验条件介绍

3.1.1通风情况

3.1.2火源的设置

3.1.3实验结果的测量

3.2数值模拟条件

3.2.1计算模型

3.2.2火源热释放速率(HRR)的设定

3.3模拟结果与实验结果的比较

3.3.1算例1的结果比较

3.3.2算例2的结果比较

3.4本章小结

第4章某机场仓库火灾烟气运动的模拟

4.1工程概况

4.1.1几何条件

4.1.2火源的设定

4.2不同火源位置的数值模拟

4.2.1数值模拟的条件

4.2.2结果及分析

4.3不同火源功率的数值模拟

4.3.1数值模拟的条件

4.3.2结果及分析

4.4不同通风面积的数值模拟

4.4.1数值模拟的条件

4.4.2结果及分析

4.5外界风对室内烟气蔓延的影响

4.5.1数值模拟的条件

4.5.2结果及分析

4.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢