喷淋的冷却效应对烟气沉降与排放的影响研究

摘要

水喷淋系统和排烟系统是大型建筑中最常用的消防设施。火灾发生后，喷淋启动，大量的液滴喷出扑灭、冷却火源以及冷却烟气层。烟气被冷却后，温度降低，浮力减小，排烟效率会受到很大影响。统计结果表明，由于不完全燃烧所产生的有毒有害烟气是建筑火灾中导致人员死亡的最主要因素。因此，研究水喷淋与烟气的相互作用，分析水喷淋作用后烟气的流动状态具有重要意义。 火灾烟气流动本身就是一种复杂的浮力驱动流，同时，由于喷淋对烟气流动的冷却，使得冷却后的烟气流动更为特殊。本文首先针对喷淋对烟气冷却问题，开展了针对性的基础研究；之后，开展了实验进行验证。论文的具体工作包括： 本文研究的第一部分是喷淋的喷洒特性。首先简单介绍了喷淋液滴分布的常用模型；实验得到了我国常用喷头的水量分布规律；通过对液滴动量方程式求解，得到液滴运动速度以及喷淋有效保护半径的理论模型。通过对模型的数值求解，定量研究了典型粒径的液滴喷出后水平速度和竖直速度的变化规律。接着又分析了不同初始喷射角、不同粒径、不同初始速度和不同安装高度的喷淋液滴的运动轨迹及其有效控制直径。 本文研究的第二部分是喷淋对热烟气层的冷却作用。在Chow and Tang理论分析的基础上，结合液滴分布模型，并考虑液滴温升上限即沸点的影响，建立不同压力状况下喷淋对热烟气层的冷却量计算模型，并开展实验对模型预测结果进行了验证。 本文研究的第三部分是喷淋作用后烟气层的沉降特性。不考虑火源功率的变化，在烟气自然沉降理论分析的基础上，结合喷淋液滴对烟气层冷却模型，建立了不同喷淋作用下烟气层沉降模型，并通过实验对该模型进行了验证，结果表明，模型计算值和实验值吻合较好。 本文研究的第四部分是喷淋与自然排烟耦合作用下烟气层的变化。根据前人的理论分析，结合喷淋冷却量模型，得到耦合自然排烟与水喷淋作用下烟气沉降模型。通过自然排烟实验，得到不同喷淋压力对自然排烟的影响。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1火的使用与火灾

1.1.2建筑火灾的防治技术

1.2研究现状

1.3喷淋与排烟的相互作用存在的问题

1.4研究的目的和意义

1.5本文的研究内容及方法

1.5.1研究内容

1.5.2研究方法

1.5.3本文的章节安排

参考文献

第二章实验设施和数据处理方法

2.1实验设计

2.1.1烟水耦合实验台

2.1.2测量系统介绍

2.2数据处理方法

2.2.1火源热释放速率的确定

2.2.2烟气层的确定方法

2.3小结

参考文献

第三章喷淋的喷洒特性

3.1引言

3.2喷淋液滴大小分布

3.3喷淋的水量分布

3.4喷淋液滴的运动轨迹

3.4.1理论分析

3.4.2液滴速度的变化

3.4.3液滴运动轨迹变化

3.5小结

参考文献

第四章喷淋对烟气层冷却作用的理论分析与实验研究

4.1引言

4.2前人的研究概况

4.3喷淋对烟气层冷却的数学模型

4.3.1喷头流量

4.3.2不同粒径液滴的个数

4.3.3液滴速度变化

4.3.4喷淋液滴的传热系数

4.3.5液滴的传热量

4.4喷淋对烟气层冷却作用的实验

45不同工况下烟气层温度变化

4.6冷却量的实验值计算

4.7喷淋冷却量的修正

4.8实验值与理论值的分析比较

4.9小结

参考文献

第五章喷淋作用下烟气自然填充的模型与实验研究

5.1引言

5.2前人的研究概况

5.3喷淋作用后自然填充情况下烟气沉降数学模型

5.3.1无喷淋作用下烟气自然填充

5.3.2喷淋作用下烟气自然填充

5.3.3烟气生成量

5.4烟气填充速率理论计算

5.5烟气自然填充实验

5.6模型预测结果与实验结果的对比分析

5.7数值模拟研究

5.7.1数值模拟介绍

5.7.2模拟计算的数学模型

5.7.3网格设置

5.7.4温度场和速度场数值模拟典型计算结果

5.8温升实验值与模拟值的对比分析

5.9烟气沉降模型值与模拟值的对比分析

5.10小结

参考文献

第六章喷淋作用下自然排烟的理论分析与实验研究

6.1引言

6.2喷淋与自然排烟耦合作用下烟气沉降理论分析

6.3喷淋对自然排烟影响的实验研究

6.3.1实验设计

6.3.2实验结果

6.4实验结果分析与讨论

6.5小结

参考文献

第七章结论及展望

7.1全文总结及结论

7.2本文创新点

7.3研究展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

作者简介