狭长空间纵向通风条件下细水雾抑制火灾的模拟研究

摘要

狭长空间建筑日益发展，在许多领域发挥着重要作用，但也带来了巨大的火灾风险。随着近年来隧道火灾事故频发，同时对抑制火灾方法要求的也在不断提高，单纯依靠强制通风排烟措施已不能满足防火需求。作为传统卤代烷灭火剂的主要替代技术，细水雾以其清洁、高效、成本低、对防护对象破坏小等优点而得到广泛应用，尤其是近几年在交通隧道、地下铁路和电缆隧道等狭长空间的应用中也逐步被认可和推广。为了拓宽细水雾的应用领域，提高细水雾在狭长空间中的抑制火灾有效性，在本文中，选取了纵向通风这一狭长空间的典型特征，结合数值模拟和实验模拟，深入研究细水雾抑制火灾过程的机理特性和影响规律。 本文首先对纵向通风条件下火灾燃烧及烟气运动特性的影响进行分析和总结。通过对前人实验数据的整理归纳，与开放空间的实验结果比较，对纵向通风条件下热释放速率变化情况进行了探讨。在狭长空间模型内进行木垛燃烧实验，研究了木垛孔隙对燃烧过程阶段性的影响规律，分析了各阶段温度和CO气体浓度的变化情况，以论证燃料堆积密度是狭长空间通风情况下火灾燃烧过程的重要影响参数。 作为细水雾灭火性能研究的基础，本文结合三维LDV/APV系统和低速风洞测量技术，研究了纵向通风条件下不同风速对雾场特性参数在空间内分布特性的影响。通过实验结果得到了实验空间内雾滴速度、雾滴粒径以及雾通量随着风速和运动距离的变化规律。 在分别研究了纵向通风对火灾行为和雾滴运动影响的基础上，开展了细水雾抑制火灾的模拟研究。为了使缩小尺度模拟实验能够对实际应用起到有效的指导，将细水雾抑制火灾的尺度关系推广到了纵向通风条件下，并指导模拟实验设计参数的确定。建立模拟实验装置，开展多组细水雾抑制木垛火的实验，验证和完善了尺度关系，并将纵向风速和雾化锥角纳入经验尺度模型当中，对尺度模型中参量指数进行修正。 采用数值计算和实验模拟相结合的方法，研究了细水雾对顺风方向木材火的抑制性能。模拟计算的预评价结果表明，在强制纵向通风条件下细水雾与火源之间存在一定距离能够得到较好的抑制效果，但热释放速率曲线存在着明显的震荡。通过对大量实验过程的图像记录和数据曲线的分析，提出了纵向通风条件下细水雾抑制火灾过程的分阶段处理方法，分别对木垛表面火焰熄灭和总体熄灭的时间进行分析，系统地研究了纵向风速、相对位置、木垛结构以及喷头特性等影响因素改变后的细水雾抑制火灾性能。 最后，通过对大量实验结果的整理和分析，针对强制通风条件，修正了基于细水雾熄灭极限理论的温度—氧气关系，完善了细水雾灭火过程的氧气浓度变化经验关系中的时间系数方程，并分析该经验关系在通风情况下的适用性。结合这两个关系，建立了对纵向通风条件下火灾在细水雾施加后表面火焰熄灭时间的预测模型。通过与实验结果比较，计算结果能够较为准确地对表面火焰熄灭时间进行预测。 综上所述，上述研究能够为狭长空间细水雾灭火技术的有效利用提供系统的指导，从而更为有效地保障狭长空间的防火安全。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

第一章绪论

第二章狭长空间纵向通风条件下的火灾燃烧特性

第三章狭长空间纵向通风条件下细水雾运动特性的实验研究

第四章狭长空间纵向通风条件下细水雾抑制火灾的尺度模型

第五章狭长空间纵向通风对细水雾抑制火焰的影响规律研究

第六章纵向通风条件下细水雾熄灭火焰的预测模型

第七章结论及下一步工作展望

致谢

攻读博士学位期间完成的论文