淮海地下商城火灾烟气控制技术研究

摘要

随着城市化进程的快速发展，许多城市不断兴建地下商业建筑，提高城市空间利用率。然而相对地面商业建筑，地下商业建筑由于其构造、地理、环境等方面的特殊性，致使建筑结构封闭性强，通风排烟差，火灾隐患突出，火灾时人员疏散和灭火扑救更加困难。据统计资料表明，建筑火灾中约75％～85％的死亡是由烟气导致的，而地下商业建筑火灾烟气的高温热辐射、毒害性以及减光性危害更严重。在我国实行的相关建筑设计防火规范，规定了地下建筑防排烟设施的一般设定条件。但由地下商业建筑消防安全问题的复杂性，按照常规防排烟技术手段设计，很难实现火灾事故烟气预期的防控效果。因此，地下商业建筑烟气控制技术研究具有重大意义。
　　本文首先从实体实验、模型实验以及计算机数值模拟三个方面，对国内外地下建筑火灾烟气流动与控制的研究现状进行了分析，运用火灾动力学理论、烟气流动的驱动力理论对地下商业建筑火灾烟气羽流现象进行了分析，系统阐述了地下商业建筑防排烟技术手段，并采用火灾数值模拟的方法对地下商业建筑火灾烟气控制效果进行对比分析。本文以淮海地下商城为研究背景，考虑其建筑结构的自身特点和使用的复杂性，选取了火灾仿真软件FDS模拟研究了典型防火分区内在自然填充条件下和机械排烟条件下10种不同火灾场景下的烟气流场，重点研究Z=2m处烟气层高度变化、烟气温度、CO浓度、能见度分布情况。研究表明:在自然填充条件下，60cm挡烟垂臂对烟气限制作用不大，不同火源位置下烟气蔓延路径差别很大。在机械排烟条件下，烟气温度、CO浓度明显下降，能见度有所改善;适当增大排烟口面积或排烟风速能有效改善烟气温度、CO浓度和能见度;适当增大补风量会降低烟气温度、稀释CO浓度及提高能见度;采用店铺和走廊同时布置排烟口的方式能有效降低烟气温度、CO浓度，提高火场能见度;最终得出，该防火分区在同时提高排烟量、改变排烟布置方式的条件下，能实现对火灾烟气更加有效的控制。本文的研究成果可为地下商业建筑防排烟设计和人员疏散方案制定提供科学依据，具有一定的实际应用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 实体实验研究

1．2．2 模型试验研究

1．2．3 计算机数值模拟研究

1．2．4 三种研究方法比较分析

1．3 问题的提出

1．4 研究内容及技术路线

1．4．1 研究主要内容

1．4．2 研究技术路线

1．5 本章小结

2 火灾动力学理论分析与火灾烟气控制技术研究

2．1 火灾动力学理论分析

2．1．1 火灾发展的基本过程

2．1．2 受限燃烧

2．1．3 受限燃烧的控制形式

2．1．4 火灾燃烧的特殊现象

2．1．5 火灾燃烧的特性参数

2．2 火灾烟气控制技术研究

2．2．1 烟气的定义

2．2．2 烟气的产生

2．2．3 烟气的危害性分析

2．2．4 烟气达到危险状态的判据

2．2．5 烟气影响因素分析与典型流动现象分析

2．2．6 烟气的控制技术研究

2．3 本章小结

3 火灾烟气流场数值模拟理论与方法分析

3．1 火灾烟气流场数值模拟方法研究

3．1．1 场模型

3．1．2 区域模型

3．1．3 网络模型

3．1．4 复合模型

3．2 常用火灾烟气流场数值模拟软件的比较分析

3．2．1 FLUNT

3．2．2 GAMBIT

3．2．3 PHOENICS

3．2．4 CFAST

3．2．5 STAR-CD

3．2．6 FDS

3．3 数值模拟软件的选取与理论分析

3．3．1 数值模拟软件的选取

3．3．2 湍流数值模拟方法

3．3．3 数值模拟控制方程

3．3．4 数值模拟燃烧模型

3．3．5 数值模拟计算流程

3．4 本章小结

4 地下商城火灾数值模拟模型的建立

4．1 工程概况

4．2 模型的建立和网格的划分

4．2．1 建立模型

4．2．2 划分网格

4．2．3 设定模拟的初始条件和边界条件

4．3 火灾场景的设计

4．3．1 火灾场景设计的原则

4．3．2 火灾模型的确定

4．3．3 模拟时间的确定

4．3．4 排烟量和补风量的确定

4．4 本章小结

5 自然填充条件下火灾烟气流场数值模拟分析

5．1 自然填充条件下的烟气流场数值模拟

5．1．1 火灾场景布置

5．1．2 测点布置

5．2 模拟结果分析

5．2．1 烟气蔓延过程分析

5．2．2 温度分布分析(Z=2m)

5．2．3 CO浓度变化分析(Z=2m)

5．2．4 能见度分析(Z-2m)

5．3 本章小结

6 机械排烟条件下烟气流场数值模拟分析

6．1 机械排烟条件下烟气流场数值模拟

6．1．1 火灾场景布置

6．1．2 测点布置

6．2 标准火灾场景下的烟气控制效果分析

6．3 不同排烟口面积的烟气控制效果分析

6．4 不同排烟口风速的烟气控制效果分析

6．5 不同补风量的烟气控制效果分析

6．6 不同排烟口布置方式的烟气控制效果分析

6．7 优化防排烟设计的烟气控制效果分析

6．8 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果