考虑烟气排放的大空间建筑火灾空气升温特性研究

摘要

大空间建筑能够提供广阔的内部使用空间,被广泛应用于公用建筑。但是该类建筑的功能需求与现行消防规范在防火分区、安全疏散等方面都存在较大的矛盾,例如该类建筑面积大,防火分区远远超过规范规定,并且疏散距离和疏散宽度均无法满足规范需要。这己成为困扰大空间建筑防火设计的主要问题。因此,近年来针对大空间建筑的抗火性能化分析已经成为研究的热点之一。
　　 大空间建筑物火灾之所以会造成大量人员伤亡,很大程度上是因为火源高温和烟气所致。另外,火场产生的温度荷载会对结构产生严重的破坏,有时甚至会直接导致结构的坍塌。因此,通过场模拟找到大空间建筑火灾下烟气温度和浓度的变化规律,得出适用于大空间建筑火灾空气的升温曲线,对分析火灾对结构的破坏程度、对人员的损伤影响等都具有重要意义。
　　 基于以上背景,本文的主要研究内容如下:
　　 1.多系列大空间火灾场景的数值模拟
　　 建立了火灾场景的分析模型以及不同火源功率、不同排烟系统、不同排烟口布置方式、不同建筑尺寸等工况下的空气升温曲线。首先,通过将数值模拟结果与未考虑烟气排放得出的升温曲线进行对比后发现,烟气的排放对火灾温度的影响较大,最大降温幅度可达原最高温度的50％左右。因此排烟对火灾温度的影响必须予以考虑。其次,总结归纳出了相同排烟系统以及不同排烟系统下空气升温的一般规律。最后,从降低火灾高温、减小火荷载的角度来看,得出应优先选用的排烟设计方法。
　　 2.建立大空间建筑火灾空气升温的经验公式
　　 建立了大空间建筑火灾空气升温的数学模型,该模型形式简单、参数较少(相关参数为平衡温度Tm、升温速率系数r)。利用曲线拟合的方法得出不同火源功率、不同建筑面积、不同建筑高度、不同排烟方式、不同排烟口布设位置的相关常数值,查表后即可得到相应工况下的经验公式表达式。
　　 3.非矩形建筑形状对升温过程的影响分析
　　 由于在火灾发生后的热量交换过程中,不同壁面的辐射换热对空间温度场的分布具有一定的影响,因此本文对比分析了矩形大空间与圆弧形大空间建筑对火灾空气升温过程的不同影响。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 研究现状

1.2.1 大空间建筑烟气的流动规律与防排烟设计研究现状

1.2.2 大空间火灾下空气升温规律研究现状

1.3 存在的问题

1.4 本文主要研究内容

第2章 室内建筑火灾

2.1 建筑火灾的特点

2.1.1 建筑室内火灾的类型

2.1.2 火灾燃烧模型

2.2 建筑室内火灾分析模型

2.2.1 区域模拟

2.2.2 场模型

2.3 一般室内火灾的模拟

2.3.1 一般室内火灾的发展

2.3.2 一般室内火灾的经验模型

2.4 大空间建筑火灾模拟

2.4.1 大空间建筑火灾的特点

2.4.2 基于区域模型的大空间建筑火灾空气升温过程模拟

2.4.3 基于场模型的大空间建筑火灾空气升温过程模拟

2.5 本章小结

第3章 火灾下烟气的蔓延与控制

3.1 火灾时大空间建筑室内烟气的流动特点

3.2 常规的烟控系统

3.2.1 自然排烟方式

3.2.2 机械排烟方式

3.2.3 性能化烟气控制系统设计

3.3 烟气质量流量Mp的计算

3.3.1 几种常见的轴对称羽流模型

3.3.2 FDS模型

3.3.3 模型对比

3.4 排烟量的计算

3.5 自然排烟口面积的计算

3.6 本章小结

第4章 大空间建筑火灾场景的数值模拟

4.1 火灾模型的建立

4.1.1 建立通风与排烟系统

4.1.2 建立火源模型

4.1.3 单元网格的划分

4.1.4 设计工况

4.2 数值模拟结果分析

4.2.1 烟气排放对火灾下空气升温的影响分析

4.2.2 相同排烟系统下升温规律对比分析

4.2.3 不同排烟系统下升温规律对比分析

4.2.4 建筑空间几何尺寸对升温过程的影响分析

4.3 本章小结

第5章 大空间建筑火灾空气升温曲线的数值模拟

5.1 火灾下大空间空气升温曲线特性

5.2 大空间建筑火灾空气升温经验公式

5.2.1 建立空气升温的数学模型

5.2.2 平衡温度Tm、升温速率系数r的确定

5.3 经验公式与数值模拟结果对比

5.3.1 经验公式与有排烟设计的数值模拟结果对比

5.3.2 经验公式与无排烟设计的数值模拟结果对比

5.4 本章小结

第6章 非矩形壁面对空气升温过程的影响

6.1 非矩形边界的模型建立

6.2 靠近壁面位置处升温过程影响

6.2.1 与矩形壁面对比分析

6.2.2 壁面处温度随高度的变化

6.3 远离壁面位置处升温过程影响分析

6.4 圆弧形壁面升温曲线相关常数的确定

6.4.1 平衡温度Tm、升温速率系数r的确定

6.4.2 圆弧形壁面形状升温速率修正系数β

6.5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢