剧场观众厅火灾烟气流动的数值模拟

摘要

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，越来越多的大空间建筑投入建设。大空间建筑火灾隐患多，烟气流动控制及人员疏散难度大，且着火后极易引起大范围的结构坍塌，这一问题引起了人们的广泛关注。剧场观众厅不仅具有大空间建筑的共性，还具有空间结构嵌套复杂、地面起坡等特殊结构特征，但目前针对剧场观众厅火灾的研究仍比较欠缺，且多是基于某个实际工程的设计和分析，缺少对于此类空间火灾烟气流动特征规律性的认识，同时，《剧场建筑设计规范》等相关规范中也缺少定量化的依据。本文综合了理论分析方法和数值模拟方法，基于剧场类大空间的研究现状，讨论了9个火源位置，对比两种典型的排烟系统布置形式在这9种火灾场景下的排烟效果。第一章介绍了大空间建筑和剧场类大空间的特征以及国内外研究现状，通过空间特征、火灾隐患、火场特性等说明该研究的意义所在。第二章是关于本文采用的数值模拟方法所涉及的理论的概述，首先介绍了CFD技术以及相关软件，然后在深入分析剧场火灾系统特点的基础上对模拟过程中涉及到的模型、控制方程、离散化思想等进行了介绍，为之后分析火灾发生发展过程的规律奠定理论基础。三、四章是本文的核心部分，第三章综合分析了剧场观众厅的火灾危险源，提出两种较为典型的火灾发生场景，以相关规范和工程实践经验为依据进行数值模拟工况的设计，第四章为模拟结果分析部分，首先对比了不同火灾场景下两种典型的排烟方案的排烟效果，进一步通过分析观众厅烟气流动的特征及温度场、有害气体浓度场等的变化情况。结合流场分析提出另种优化建议，以便为之后的剧场消防排烟设计提供参考。第五章是本文的结论和展望，在总结模拟结果的同时指出现有研究的不足之处，提出进一步研究的展望。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 大空间建筑空间特征及火场特性

1．3 大空间火灾烟气控制研究现状

1．3．1 火源的研究

1．3．2 火灾荷载

1．3．3 烟气流动与控制的研究

1．3．4 不同类别大空间排烟参数研究

1．4 剧场类空间特点及研究现状

1．4．1 剧场空间特征及火灾隐患

1．4．2 火场特点

1．4．3 剧场类建筑火灾案例

1．4．4 剧场类建筑防排烟

1．4．5 研究现状

1．5 研究内容与方法

2 火灾烟气流动的数学模型

2．1 CFD技术概述

2．1．1 计算流体动力学

2．1．2 仿真模拟的优势

2．1．3 FLUENT软件介绍

2．2 剧场观众厅火灾系统的特点

2．2．1 湍流燃烧

2．2．2 火源性能参数

2．3 数学模型的构建

2．3．1 湍流模型

2．3．2 辐射模型

2．3．3 数值求解方法

3 剧场观众厅火灾的三维数值模拟

3．1 研究对象

3．2 危险源分析与工况设计

3．2．1 危险源分析

3．2．2 火源设计

3．2．3 排烟参数设定

3．2．4 工况拟定

3．3 物理模型构建

3．4 网格划分及边界条件

3．4．1 网格划分

3．4．2 边界条件

3．5 研究指标

3．6 计算方法

4 计算结果分析

4．1 烟气发展过程分析

4．1．1 CO2浓度场

4．1．2 温度场

4．2 对人员疏散的影响分析

4．3 排烟效果对比

4．4 优化建议

4．4．1 优化建议一

4．4．2 优化建议二

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 后续研究展望

参考文献

作者简介