挡烟垂壁对狭长通道烟流特征与排烟效果影响规律研究

摘要

随着现代社会的快速发展，狭长通道在人员通行和交通运输中发挥着越来越重要的作用，于此同时也带来了巨大的火灾风险。狭长通道结构特征导致火灾产生的高温、有毒烟气很难及时排出，且极易蔓延至整个狭长空间。因此合理控制烟气的纵向蔓延，增强内部挡、排烟性能对防治火灾、减少烟气对人员的伤害具有重要意义。采用理论分析、相似实验与数值模拟相结合的方法，对挡烟垂壁作用下狭长通道火灾烟气的输运特性与协同排烟效果展开研究。
　　通过相似实验分别研究挡烟垂壁高度及位置对顶棚最高温度、纵向温度分布及烟气层高度的影响，建立考虑挡烟垂壁与火源距离、挡烟垂壁高度2个影响因素下顶棚烟气最高温度模型。实验分析挡烟垂壁对烟气温度纵向分布规律的影响，结果表明:以挡烟垂壁所在位置为临界位置，挡烟垂壁对烟气纵向分布规律的影响表现为“减缓衰减”和“加速衰减”两种效果。结合数值模拟方法建立了设有挡烟垂壁的狭长通道烟流温度纵向衰减模型，揭示了烟气温度与挡烟垂壁垂高、位置三者间的定量关系。
　　通过相似模拟实验采用量化指标可用安全疏散时间，研究挡烟垂壁与风速耦合条件下挡烟垂壁对可用安全疏散时间的影响。实验结果表明:挡烟垂壁可以减小纵向风速对高温烟气分布的影响。风速较小v=0.1m/s时，增加挡烟垂壁高度可以延长不低于半分钟的可用安全疏散时间，随着风速的增加，挡烟垂壁高度对可用疏散时间的延长作用逐渐减弱。
　　通过数值模拟方法建立挡烟垂壁与排烟协同作用的物理模型，研究了排烟速率、挡烟垂壁高度、排烟口与挡烟垂壁间距对排烟区及非排烟区烟气特征参数的影响。结果表明:随着排烟速率的增加，不同规模火灾在不同排烟速率下出现了吸穿现象。增加挡烟垂壁高度可以有效防止烟气吸穿，加强高温烟气温度在非排烟区的衰减过程。相较而言，挡烟垂壁位置对烟气排烟过程的烟气控制效果影响较小。当挡烟垂壁离排烟口距离超过1.5倍隧道净空高度时，挡烟垂壁的影响效果可以忽略。实际工程设计中应考虑在排烟口附近有效距离范围内设置活动式挡烟垂壁，可达到提高狭长通道类空间挡、排烟性能的目的。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 狭长通道烟流运动规律研究现状

1．2．2 狭长通道烟流控制措施研究现状

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线

2 挡烟垂壁对狭长通道火灾烟流运动规律影响实验研究

2．1 相似实验模型与相似准则

2．2 实验系统与方法

2．2．1 实验系统

2．2．2 测试系统与数据采集

2．2．3 实验方法

2．3 挡烟垂壁高度对烟流特征参数的影响规律

2．3．1 挡烟垂壁高度对顶棚下方烟气最高温度的影响

2．3．2 挡烟垂壁高度对烟气温度纵向分布规律的影响

2．3．3 挡烟垂壁高度对烟气层高度变化的影响

2．4 挡烟垂壁位置对烟流特征参数的影响规律

2．4．1 挡烟垂壁位置对顶棚下方烟气最高温度的影响

2．4．2 挡烟垂壁位置对烟气温度纵向分布规律的影响

2．5 本章小结

3 挡烟垂壁与风速耦合条件下可用安全疏散时间的实验研究

3．1 火灾中人员安全判定准则的确定

3．2 实验系统与测试条件

3．2．1 实验系统

3．2．2 测试条件

3．2．3 实验方法

3．3 挡烟垂壁高度对可用安全疏散时间的影响规律

3．3．1 v=0m／s时挡烟垂壁对可用安全疏散时间的影响

3．3．2 v=0．1 m／s时挡烟垂壁对可用安全疏散时间的影响

3．3．3 v=0．6 m／s时挡烟垂壁对可用安全疏散时间的影响

3．4 本章小结

4 狭长通道烟气流动的数学模型与数值解法

4．1 烟气流动的数学模型

4．1．1 控制方程

4．1．2 湍流模型

4．1．3 燃烧模型

4．1．4 热辐射模型

4．2 数学模型的求解方法

4．3 FDS模型与验证

4．3．1 FDS模型的建立

4．3．2 网格的独立性验证

4．3．3 数值模拟结果与实验结果对比

4．4 本章小结

5 挡烟垂壁作用下顶棚烟气温度分布规律的数值模拟研究

5．1 FDS模型及边界条件

5．2 模拟场景设置

5．3 模拟结果分析

5．3．1 挡烟垂壁高度对顶棚温度分布影响的数值模拟

5．3．2 挡烟垂壁设置位置对顶棚温度分布影响的数值模拟

5．4 挡烟垂壁作用下顶棚温度衰减模型的建立

5．4．1 挡烟垂壁上游顶棚温度衰减模型

5．4．2 挡烟垂壁下游顶棚温度衰减模型

5．4．3 温度衰减模型的验证

5．5 本章小结

6 挡烟垂壁与机械排烟协同作用下控烟效果的数值模拟研究

6．1 物理模型及计算参数

6．1．1 物理模型的建立

6．1．2 边界条件

6．1．3 计算参数确定

6．2 排烟速率对烟气控制效果的数值模拟

6．2．1 模拟工况

6．2．2 排烟速率对排烟区烟流的影响规律

6．2．3 排烟速率对非排烟区烟流的影响规律

6．3 挡烟垂壁高度对烟气控制效果的数值模拟

6．3．1 模拟工况

6．3．2 挡烟垂壁高度对排烟区烟流的影响规律

6．3．3 挡烟垂壁高度对非排烟区烟流的影响规律

6．4 排烟口与挡烟垂壁间距对烟气控制效果的数值模拟

6．4．1 模拟工况

6．4．2 排烟口与挡烟垂壁间距对排烟区烟流的影响规律

6．4．3 排烟口与挡烟垂壁间距对非排烟区烟流的影响规律

6．5 本章小结

7 结论

7．1 主要结论

7．2 创新点

7．3 展望

参考文献

作者简历

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