典型建筑结构中火灾危害性气体向远处的传播特点和分布规律

摘要

火灾是失去控制的燃烧所造成的危害。火灾烟气会对生命、财产和生态环境都造成很大危害。随着各种新型合成材料的大量出现和广泛应用，火灾中造成死亡的首要原因发生了明显的变化，据调查，烟气窒息和中毒成为火灾中致死的主要原因，高温烟气的迅速流动和蔓延，能够引起火势的迅速蔓延和扩大。因此，认识火灾烟气的产生和运动规律，对于灾害的防治具有重要的作用。 在国内外，针对火灾烟气各个方面的研究已进行广泛开展。近年来发生很多火灾造成的人员伤亡出现在距离火源远距离处的案例，而针对于火灾烟气危害性气体向远距离处迁移的研究还不丰富，尤其是对于危害性气体与环境的作用、危害性气体在建筑结构中的空间分布、迁移路径等问题。本文针对这些问题，对于普通建筑结构进行了典型的抽象，以“起火房间-走廊-目标房间”为典型结构进行系统地研究，充分考虑普通建筑结构中实际火灾的情形。 本文在小尺寸烟气蔓延实验台上进行了系统的实验研究，实现了多种建筑结构和多种通风方式的组合。选取了六种典型燃料，完成了燃烧时质量消耗速率变化及其与远距离处烟气传播速度和CO体积分数关系的实验研究。结果表明，油料和布料的质量消耗速率基本恒定。大多数燃料的烟气传播速度与燃料质量消耗速率呈线性变化的关系。油类燃料特别是柴油和汽油，CO体积分数随着燃料质量消耗速率绝对值的增加而增加。本文还针对实验中的装饰涂料乳胶漆使得火灾中CO等气体的浓度显著增高的现象，通过对乳胶漆样品进行的热重分析和红外光谱分析，排除了由于热作用使乳胶漆裂解进而增加烟气危害性的可能。 本文针对“起火房间一走廊一目标房间”典型结构中危害性气体的迁移进行大量而系统的小尺寸模拟实验，得出了烟气中危害性气体在走廊通道和目标房间的垂直方向和水平方向的空间分布，讨论了危害性气体在迁移过程空间分布的演变规律，发现了CO与O<,2>、CO<,2>在迁移过程中的不同步性。在前人工作基础上，提出了总危害性参数的概念，用于评价烟气中危害性气体，并对实验数据进行了评估。本文研究了建筑结构、各种通风开口(门、出口和窗户)对于烟气中危害性气体迁移的影响。针对烟气中危害性气体向远距离迁移的问题，运用全尺寸实验数据和数值模拟方法，进行了验证和研究，提出了一种上层烟气传播路线的可能新路径，烟气迁移到走廊转弯处的远距离目标房间的时间接近或者少于某些中间位置房间的时间，发现有些远距离目标房间中烟气层的下降得很快。从而进一步明确解答了火灾案例中广泛报道的遇难者大量死于远距离处的主要原因。本文还分析了另一个全尺寸实验数据，针对上述迁移问题，研究了火灾烟气在狭长空间及其向远距离目标房间的迁移规律。研究了在不同实验工况下，烟气运动平均速度、采样点处气体的浓度和温度变化、烟气蔓延到设定位置的时问与该位置与火源的距离的关系。本文采用数值模拟方法，对于建筑中烟气传播路线、远距离处烟气传播速度进行研究。进一步揭示模拟软件的实用性以及在运用模拟结果进行烟气危害性评价时需注意的问题。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表索引

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第一章绪论

1.1引言

1.2研究现状

1.3研究内容和目标

1.4本文结构安排

本章参考文献

第二章小尺寸烟气蔓延实验台介绍

2.1引言

2.2实验台介绍

2.3实验台的附属系统

2.4实验操作规程

本章参考文献

第三章火源房间内烟气生成及其对远距离传播的影响

3.1引言

3.2乳胶漆涂料对建筑火灾烟气危害性影响的实验研究

3.3燃料失重速率与烟气向远距离处迁移关系

3.3.1燃料质量消耗速率

3.3.2烟气传播与燃料质量消耗速率的关系

3.4小结

本章参考文献

第四章烟气向走廊和远距离房间迁移的小尺寸实验模拟研究

4.1引言

4.2烟气在走廊迁移中危害性气体的垂直分布

4.3烟气在走廊迁移中危害性气体的水平分布

4.4浓度峰值及其到达时间

4.5危害性参数分析

4.6烟气向远距离目标房间的迁移

4.6.1烟气向远距离房间分布

4.6.2门D和开口E的影响

4.7小结

本章参考文献

第五章烟气向远距离处迁移的全尺寸实验和数值模拟研究

5.1引言

5.2超长走廊建筑结构中的火灾烟气迁移研究

5.2.1实验介绍

5.2.2烟气的传播

5.2.3温度分布

5.2.4危害性气体变化

5.3腔室火灾产生的烟气在毗邻走廊中的传播迁移

5.3.1实验结果与数值模拟结果

5.3.2烟气向目标房间的迁移

5.4小结

本章参考文献

第六章总结及展望

6.1论文主要结论

6.2本文的主要创新点

6.3工作展望

致谢

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