地下换乘大厅火灾烟气运动规律及机械排烟效率研究

摘要

随着我国经济的迅速发展，中庭类大空间建筑日渐增多，而由于功能需求的不同，往往许多该类大空间建筑在防火设计中超过现有规范要求，发生火灾时，火灾烟气的控制尤为重要，因此需要对排烟技术中的一些关键性参数进行研究。本文以换乘大厅为研究对象，参考国内现有规范，并结合国内外研究现状，确定了换乘大厅建筑特点及烟气控制手段;理论分析了缩小比例模型的可行性，依据相似理论搭建了1∶10的缩尺模型大空间实验平台，采用顶部均匀开口，机械排烟与机械补风的方式;利用FDS模拟软件对3种不同火源功率、4种不同排烟量、5种不同排烟风速、5种不同排烟口高度以及5种不同补风量的实验工况，进行换乘大厅烟气层高度变化与能见度分布的研究;在缩尺实验平台上开展缩尺比例实验，与FDS数值模拟结果进行对比分析，验证FDS全尺寸模型的正确性，并通过实验结果，对换乘大厅烟气温度分布进行了研究;根据实验与数值模拟的结果，将研究成果应用于实际工程中，提出了地下换乘大厅的机械排烟优化方案。
　　本研究主要内容包括：⑴大空间内烟气流动较为复杂，整个空间内流速分布不均匀，火灾烟气温度整体温升幅度不大，并不是主要的危险因素，烟气的减光性与毒性是主要的危险因素。⑵不同火源功率下，烟气顶棚温度随着火源功率的增大而升高，烟气层最终稳定高度与火源功率成正比。⑶不同排烟量下，模型空间内整体温度随排烟量的增大而降低，烟气层最终稳定高度与排烟量大小成正比，排烟量越大，烟气层稳定高度越高。⑷不同排烟风速下，模型空间内整体温度随着排烟风速的增大而降低。烟气层最终稳定高度与排烟风速成正比，排烟风速越大，烟气层稳定高度越高，但存在一定的限制，当风速增大到一定程度时，烟气层稳定高度的提升效果将减弱。⑸不同排烟口高度下，烟气层稳定高度与排烟口高度先成正比关系，后成反比关系。过高或过低的排烟口高度对于烟气的流动与排出都有较大的扰动影响。⑹不同补风量条件下，烟气层最终稳定高度与补风量大小成正比，补风量越大，烟气层稳定高度越高，但变化差距较小。⑺通过三种方案的比较，本课题为沙坪坝项目中换乘大厅的机械排烟方案的优化给出了以下建议：换乘大厅内不设置任何商业（包括零星商业），降低火灾规模；换乘大厅内设置机械排烟系统，以最大火源强度为4MW火源，且在20分钟内将烟气层高度控制在危险高度2.6m以上考虑，排烟量不应小于65000m3/h，排烟口风速建议取不小于2m/s，排烟口高度建议布置在距离顶棚2～3m高度处；设置机械补风系统，补风量按排烟量的50％设计；性能化设计与设计单位所做方案都能较好的满足排烟要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 存在的问题

1．4 研究内容及方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

1．5 本章小结

第2章 大空间烟气流动模型相似理论研究基础

2．1 大空间建筑烟气相似模型律

2．2 模型相似关系

2．3 本章小结

第3章 大空间建筑烟气运动相似模型实验设计

3．1 实验模型的设计

3．1．1 模型设计的原则

3．1．2 模型的比例设计

3．1．3 模型的搭建方案

3．2 火源设计

3．2．1 模型火源强度与材料的确定

3．2．3 火源的摆放方式与位置

3．3 排烟系统的设计

3．3．1 排烟系统的组成

3．3．2 排烟量的确定

3．3．3 排烟量的测定

3．4 测试系统设计

3．4．1 温度测量及热电偶束

3．4．2 风速的测量

3．4．3 数据采集系统

3．5 安全判定标准

3．6 本章小结

第4章 全尺寸FDS数值模拟结果分析

4．1 全尺寸FDS数值模拟模型的建立

4．1．1 FDS模拟软件的介绍

4．1．2 FDS全尺寸模型的建立

4．1．3 FDS数值模拟实验工况设置

4．2 FDS数值模拟结果分析

4．2．1 顶棚射流烟气运动速度变化

4．2．2 不同火源功率的影响分析

4．2．3 不同排烟量的影响分析

4．2．4 不同排烟风速的影响分析

4．2．5 不同补风量的影响分析

4．2．6 不同排烟口高度的影响分析

4．3 本章小结

第5章 大空间烟气运动规律实验结果分析

5．1 实验目的与内容

5．2 实验结果分析

5．2．1 不同火源功率的影响分析

5．2．2 不同排烟量的影响分析

5．2．3 不同排烟风速的影响分析

5．2．4 不同补风量的影响分析

5．3 缩尺实验与数值模拟典型测点温度对比

5．4 本章小结

第6章 工程实际应用

6．1 工程背景

6．2 各方案对比优化

6．3 排烟方案的优化建议

结论

展望

致谢

参考文献