多层多室建筑火灾烟气流动区域模拟研究

摘要

建筑火灾严重威胁着人们的生命和财产安全，其中多层建筑火灾占较大比例。绝大部分城市的住宅或者商业楼都是以多层建筑为主，这类建筑使用功能多样，后期间隔改动较大，人为造成这类建筑的火灾危险性增大。本文对多层多室建筑火灾烟气流动的数值模拟方法开展了系统的研究，开发了基于双区域模型的多层多室建筑火灾烟气流动的计算程序，研究了多层多室建筑火灾烟气流动的规律特性，探讨了影响多层多室建筑火灾烟气流动的因素。 （1）对国内外关于火灾烟气运动数值模型进行了归纳总结和比较，根据多层多室结构特点选取适当的数值模拟模型。对于多层建筑结构采用区域模型就可以得出较为正确的结果。 （2）对区域模拟的原理进行了介绍，对热释放速率模型，羽流模型，对流换热的计算模型进行了探讨。简化了对流换热的计算模型，提出了楼梯间接触面积和对流换热系数的计算方法，导出了双区域模拟方法的平衡方程，为模拟程序的编制提供了数值计算基础。 （3）构建了区域模拟模型的框架，用Matlab语言开发了数值模拟计算程序。并通过与国外较成熟的模拟程序CFAST和FDS的计算结果进行对比，验证了本程序的准确性。 （4）运用开发的数值模拟程序，对多层多室建筑火灾影响因素进行分析，讨论了热释放速率，羽流模型，建筑尺寸对多层多室烟气运动规律的影响。模拟计算结果表明：随着热释放速率的增大，房间的温度越高，烟气层高度越小；采用Zukoski羽流模型的模拟温度最高，Heskestad模型次之，McCaffrey模型最小；随着房间体积的增大，着火房间的温度减小。但是随着房间高度的增大，楼梯间对流换热损失较多，上层房间的温度与楼梯间的高度有关；随着窗或门面积的增大，房间温度越小，烟气层界面高度越大。

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第一章 绪 论

1.1课题研究的背景

1.1.1火灾的灾害

1.1.2火灾科学的发展

1.1.3建筑室内火灾发生和发展

1.2国内外研究现状

1.2.1网络模型

1.2.2场模型

1.2.3区域模拟

1.2.4本文采用的数值模型

1.3课题来源和研究内容

1.3.1课题来源及意义

1.3.2本课题的研究内容

第二章多层多室建筑火灾的区域模拟数学模型

2.1控制方程的确定

2.2火源

2.3羽流

2.4孔道流

2.5对流换热

2.6平衡方程的推导

第三章多层多室建筑火灾区域模拟程序实现

3.1软件开发平台及编程方法介绍

3.1.1开发平台的选择

3.1.2 Matlab语言编程

3.2计算机程序概况、程序结构及流程图

3.2.1程序概况

3.2.2总程序结构

3.2.3总程序流程图

第四章多层多室建筑火灾数值模拟结果比较和分析

4.1与已有程序的比较

4.1.1建筑概况

4.1.2数值模拟结果

4.2多层多室建筑火灾数值模拟应用和分析

4.2.1建筑概况

4.2.2热释放速率影响

4.2.3羽流模型影响

4.2.4建筑尺寸影响

第五章结论与展望

5.1结论

5.2存在的问题以及有待进一步开展的工作

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目