室内通风控制型火灾及其射流火焰特性研究

摘要

近年来，高层建筑的火灾安全引起社会各界的广泛关注，尤其对于具有窗口射流火焰的建筑物外立面火灾，因其极易蔓延到相邻楼层或建筑，对人们的生命和财产安全造成严重威胁。建筑外立面的射流火焰多是由室内通风控制型火灾从开口喷射得到的，因此本文研究的问题为室内通风控制型火灾及其射流火焰特性。在对该问题进行理论分析后，开展了带有外立面的1/4尺寸ISO9705房间火灾试验，对室内火灾特性及室外射流火焰进行研究，应用数值模拟软件FDS，研究不同开口尺寸对室内外火灾特性的影响。
　　在小尺寸的模型试验中，通过设置火源大小大于室内理论最大热释放速率值001500A0√H0(A0，H0分别为开口面积及高度），在室内得到通风控制型火灾，于67 s时观察到室外射流火焰；在稳定燃烧阶段，平均燃烧效率为0.81；在室内后部测点处，不同高度的稳态气体温度平均值在939℃~1063℃之间，不同高度的气体温度融合较好，而在房间前部测点处，由于受到开口进入的低温空气影响，0.1 m高度的最高温度不足200℃，高于0.1 m的位置，其平均温度均高于1100℃。外立面中心线处，温度及热辐射通量都随着高度增加而下降，数据拟合发现，温度与高度之间的关系为T=195.4·h-1.473，热辐射通量与高度之间的关系为 qt=8.171·h-3.552?。
　　通过系统的数值模拟实验，研究了FDS对室内通风控制型火灾及其射流火焰特性的预测情况。首先定义了基于区域质量守恒的模拟误差，并提出一个耦合网格大小及通风口尺寸的无量纲特征长度，模拟结果显示，当无量纲特征长度值大于10时，模拟误差低于4％。基于此对数值模拟结果进行筛选，对准确可信的模拟结果进行分析。FDS较好的预测了室内前后测点的平均温度，与Babrauskas的理论值相比两者的相对误差在10%以内。室内热释放速率值与通风口尺寸存在线性相关关系，其线性系数为1130。对于室外射流火焰高度，数值模拟结果显示其与室外热释放速率之间存在2/3的次方相关关系。FDS得到的外立面辐射热通量结果显示，其与高度之间存在幂指数相关关系，应用Lee的理论关系式进行处理发现，在开口为0.4 m及0.3 m的情况下，得到与试验相一致的三个不同的火焰阶段，即连续火焰区域、间歇火焰区域以及纯对流区域；而在0.2 m及0.1m开口尺寸的模型中，只观察到两个火焰区域。

目录

封面

声明

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

变量注释表

1 绪论

1.1研究背景（Research Background）

1.2国内外研究现状(Current Research of Under-Ventilate Fire and it’s Ejected Flaming)

1.3本文研究内容及方法(Research Contents, Methods and Purpose)

1.4本文的章节安排(Chapter and Section Arranging)

1.5本文研究路线(Chapter and Section Arranging)

2 室内通风控制型火灾及其射流火焰的理论基础

2.1室内火灾发展阶段及影响因素(Fire Growth Stages and its Influencing Factors)

2.2射流火焰及其形成机理(Ejected Flaming and its Mechanism)

2.3开口流动理论分析（Analysis of Vent Flow)

2.4室内温度预测理论模型(Models to Predict the Enclosure Temperature)

2.5开口射流火焰高度理论模型(Model for the Ejected Flame Height )

2.6外立面辐射热通量理论模型(Model for the Heat Fluxes to Fa?ade Wall)

3 通风控制型火灾及其开口射流火焰实验研究

3.1实验思路及内容(Experiment Perspective)

3.2实验设计(Experiment Design)

3.3实验测量情况简介(Brief Description of Experiment Measurements)

3.4实验结果分析(Analysis of Experiment Results)

3.5 本章小结 (Summary)

4 通风控制型火灾及其开口射流火焰数值模拟研究

4.1数值模拟方法的选择（The Choice of FDS)

4.2FDS理论模型简介(Brief Discription of FDS)

4.3数值模型建立及输入参数设定(Set-up of the Numerical Model and the Inputs)

4.4模拟结果误差分析(Analysis of the Simulation Error)

4.5数值模拟结果及分析(Analysis of Numerical Simulation Results)

4.6 本章小结 (Conclusions)

5 结论与展望

5.1 本文结论(Conclusions)

5.2本文的主要创新点(Innovative Points)

5.3研究展望(Future Work)

参考文献

作者简历

学位论文数据集