高层建筑走廊排烟方式的数值模拟研究

摘要

火灾的破坏性极大，它不仅造成巨大的社会财富损失，还严重地威胁着人的生命安全。国内外大量资料表明，火灾中导致人员死亡的主要原因是烟气。由于烟气的遮光性、毒性和高温的影响，使建筑物内的能见度降低，延长了疏散时间。燃烧生成多种有害气体的同时造成缺氧，也会使人员窒息致死，或因窒息晕倒而被烧死。
　　目前已建立的成熟建筑火灾烟气运动数学模型有三种，分别为区域模型、场模型及网络模型。对于高层建筑火灾中的烟气运动，这三种模型各有局限，只有把它们结合起来，充分发挥其各自的优点，才能在目前找到一种较合适的解决建筑火灾烟气运动的数值模拟方法。作者收集整理69种建筑火灾烟气运动模型，按类别进行归总列表，并依据各自特性分类说明。本课题中将选用典型场模型FDS与区域模型CFAST整合，以场区复合模型模拟起火层走廊内烟气流动状况，研究重点在于走廊内不同排烟方式下的烟气排除效果，主要考察烟气温度、各组分浓度及烟层高度随时间的变化规律。文中阐述了区域模型 CFAST的基本控制方程、模型中源项的处理、应用范围及主要流程；结合图形界面介绍软件的建模方法、参数设定及运行。
　　选取具有不同形状走廊的典型建筑模型，采用场区模型模拟走廊内的烟气蔓延状况，模拟自然排烟/机械排烟条件下的烟气排除效果。模拟自然排烟时，讨论室外风向风速、季节、起火房间位置、走廊长度及外窗尺寸对排烟效果的影响；模拟机械排烟时，考虑建筑缝隙的渗风作用，排烟系统参数设定以《高层民用建筑设计防火规范（GB50045-95）》（简称“高规”）为基础，讨论排烟口设置方式、排烟量、排烟方案、起火房间位置等条件对排烟效果的影响。通过分析模拟现象，提出可改善排烟效果的方案，并对《高规》中排烟相关方面提出修改及增补建议。

目录

高层建筑走廊排烟方式的数值模拟研究

NUMERICAL SIMULATION OF SMOKE EXHAUST MODE IN CORRIDOR IN HIGH-RISE BUILDING

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 防烟排烟的重要性及烟气的毒害性

1.1.2 高层建筑走廊排烟的重要性

1.2 国内外研究现状及分析

1.2.1 实验方法

1.2.2 数值模拟研究方法

1.3 本课题研究的内容

第2章 火灾烟气运动的数值模型的综述

2.1 火灾烟气数值模型的发展

2.1.1 区域模型

2.1.2 场模型

2.1.3 网络模型

2.2 误差的产生及模型的验证

2.3 本章小结

第3章 区域模型基本原理及CFAST使用概述

3.1 控制方程及区域假设限制

3.1.1 基本控制方程

3.1.2 区域模型使用的限制

3.2 CFAST模型中源项的处理

3.2.1 火源

3.2.2 羽流

3.2.3 开口流

3.2.4 传热

3.2.5 组分浓度

3.3 程序流程

3.4 CFAST使用概述

3.4.1 操作界面

3.4.2 运行界面

3.4.3 模拟结果

3.5 本章小结

第4章 走廊自然排烟效果的模拟与评价

4.1 自然排烟原理及其分析方法

4.2 建筑模型介绍

4.3 评价排烟效果的参数

4.4 条形走廊自然排烟的模拟

4.4.1 室外风向与风速对排烟效果的影响

4.4.2 起火房间位置对排烟效果的影响

4.4.3 走廊宽度和外窗尺寸对排烟效果的影响

4.4.4 内走廊长度对排烟效果的影响

4.4.5 冬夏两季自然排烟效果比较

4.5 L形走廊自然排烟的模拟

4.5.1 室外风向对排烟效果的影响

4.5.2 室外风速对排烟效果的影响

4.5.3 起火房间位置对排烟效果的影响

4.5.4 外窗设置对自然排烟效果的影响

4.6 自然排烟效果评价

4.7 本章小结

第5章 走廊机械排烟效果的模拟与评价

5.1 机械排烟概述

5.2 建筑模型介绍

5.3 条形走廊机械排烟的模拟

5.3.1 排烟量对机械排烟效果的影响

5.3.2 排烟口设置方式对排烟效果的影响

5.3.3 排烟口数量对排烟效果的影响

5.3.4 起火房间位置对排烟效果的影响

5.4 L形走廊机械排烟的模拟

5.4.1 排烟口设置方式对排烟效果的影响

5.4.2 排烟口平面布置对排烟效果的影响

5.4.3 排烟量对排烟效果的影响

5.4.4 设置单个排烟口时的排烟效果

5.4.5 上层烟气温度

5.5 环形走廊机械排烟的模拟

5.5.1 排烟口的设置方式对排烟效果的影响

5.5.2 排烟口平面布置对排烟效果的影响

5.5.3 排烟量对排烟效果的影响

5.5.4 设置单个排烟口时的排烟效果

5.5.5 吊顶高度对排烟效果的影响

5.6 机械排烟效果评价

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致谢