通廊式多层建筑火灾烟气流动特性模拟研究

摘要

通廊式多层建筑已成为当今应用广泛的一类建筑结构形式，如高校学生宿舍楼、宾馆等建筑物多为通廊式多层建筑。由于这类建筑具有楼层多、功能复杂、人员密集、火灾荷载大，且走廊疏散通道狭长等特点，火灾危险性很大。尤其发生火灾时产生大量热烟气，烟气中有毒有害成分是火灾伤亡的最主要原因。因此，研究通廊式多层建筑火灾烟气成分的浓度分布、烟气流动特性及烟气控制，对减少此类火灾中人员伤亡和财产损失具有重要现实意义和必要性。
　　 本文首先通过对各种火灾模型及软件进行对比分析筛选，选定场模型软件FDS作为本文采用的模拟软件。然后利用此软件，采用大涡模拟方法对一典型通廊式多层建筑——某高校学生宿舍楼火灾进行全尺寸数值仿真模拟。论文着重模拟分析以下几种情况：宿舍单室火灾过程；底层一楼中间位置的房间着火时烟气在整座楼内的蔓延情况；不同火源热释放速率、不同火源位置时烟气在走廊内不同空间的迁移特性；着火层内扩散出的烟气对上下非着火楼层的影响。研究分析以上情况下火灾烟气主要组分的浓度、氧气浓度、温度、能见度及烟气层高度的分布规律。模拟结果表明，宿舍单室发生火灾时，在阳台门开启的情况下，由于火势较大，受烟气影响阳台区域一氧化碳、二氧化碳浓度和温度均超出人体的承受限度，对人员的生存构成威胁。火灾烟气涌入走廊向远距离处传播中，在走廊上、下层空间的分布情况呈现明显差别。在远距离处下层空间1.7米高度处烟气层界面下降得更快，进一步解释了火灾案例中广泛报道的伤亡者大量中毒窒息于远距离处的事实。走廊顶部设置的挡烟垂壁对烟气在走廊上层空间的横向分布产生了较大影响。通廊式多层建筑内的楼梯楼道烟囱效应不显著。在火势未扩大、局限于宿舍单室发生火灾的情况下，着火层内扩散出的烟气对其上面的楼层影响较大，而对其下面的楼层几乎无影响。本文的研究结果可以为通廊式多层建筑火灾烟气的有效控制、人员及时安全疏散及火灾救援提供重要的理论依据。