单室火灾的数值模拟研究

采用大涡模拟和混合分数燃烧模型，对单室火灾进行了数值模拟研究。对混合分数燃烧模型的不足进行了分析，并指出了改进的方向。比较了喷淋和无喷淋状态下单室火灾的烟气发展规律及燃烧产物成分的变化情况。计算结果表明：由于喷淋的加入，可燃物的不完全燃烧性增强，导致烟气中烟灰成分大量增加，二氧化碳等产物的生成量呈减少趋势；对不同燃烧释热率的火灾情况进行了数值模拟，随着火源释热率的增大，室内热烟气的温度增高得更快，热烟气温度层下降的速度越快，下降的高度越低。单室内火灾热烟气的温度分布呈明显的分层现象，可以将场模拟中的烟气层转换为上下两层相互区分的热烟气层和冷烟气层。     

基于场模型的构件升温边界条件简化

在烟气升温影响参数分析的基础上,对基于场模型的大空间建筑火灾烟气升温计算方法做进一步简化,并通过对目前国内外规范中火焰高度计算方法和烟气层温度计算方法的比较,确定出适用于预测大空间建筑火灾的火焰高度计算公式和烟气层升温计算公式。火源直径和单位热释放率是影响火焰高度的关键参数。在建筑火灾条件下建议计算式火焰高度计算值偏于安全。     

航站楼自然排烟系统设计及有效性

分析机场航站楼空间特点及火灾烟气流动特性,分析机械排烟方式的问题以及采取自然排烟方式的必要性。建立自然排烟理论计算模型,论述自然排烟设计的基本原则和控制指标,研究自然排烟设计方案的有效性。基于理论计算验证了自然排烟的可行性,航站楼最小清晰高度上方空间蓄烟能力较强,人员疏散环境良好。利用火灾动力学软件模拟分析了设计火灾场景下火灾烟气流动和人员疏散,分析表明自然排烟效果较好。     

地铁长区间隧道火灾双点排烟烟气分布特性

基于1∶20缩尺模型隧道,设置4种风口尺寸、3种火源热释放速率,改变排烟量,设计33个工况研究地铁长区间隧道火灾双点排烟的顶部烟气温度分布特性与烟气流动特性。实验发现,地铁长区间隧道火灾顶部烟气温度随着与火源之间的距离的增大而减小,在排烟风口处烟气温度突然下降;烟气温度随着火源热释放率的增大而增大,排烟口尺寸和排烟体积流量对隧道顶部烟气温度的影响不大。火灾中,应将烟气控制在火源段,保证非火源段烟气排净。     

不同类型火源下烟气在大空间内的充填特性研究

在大空间火灾试验厅内采用沙发作为火源，研究了烟气层的发展过程，并将得出的烟气层温度、烟气层下降曲线与油池火对比。结果表明：不同的火源条件下，烟气的温升曲线和烟气层下降曲线是不同的，对于稳定的油池火，烟气层下降曲线是光滑的，对于非稳定火源，烟气层下降曲线存在跳变现象；烟气层厚度较小时，火源热释放速率的大小对烟气层的温度、烟气层的下降速率有着重要影响；对于变热释放速率情况下的烟气充填，可以采用对热释放速率的分段近似来进行模拟分析。     

大空间建筑火灾机械排烟的初步研究

文章分析了大空间建筑内机械排烟的要求,并在大空间火灾实验厅内进行了不同火源功率下的机械排烟试验,结果表明,在大空间火灾中生成的烟气温度比较低,很容易发生沉降及与空气混合,机械排烟造成空气与烟气的混合,主要是通过逐渐稀释来源除烟气的。在进行机械烟时还应考虑风机对流场的扰动、补风口位置的影响。     

某高大空间热烟试验研究

对大空间的防排烟设计主要参考"中庭"的要求进行设计,消防验收中对其防排烟系统的有效性只能依据是否符合规范来评定.许多大空间建筑超出了规范涵盖的建筑形式,参考规范中"中庭"的要求进行防排烟的设计和评价已不再适宜.在澳大利亚热烟试验标准的基础上对某大空间的烟控系统进行测试,通过对烟气层高度和烟气层温升变化等数据的分析,研究大空间烟控系统的排烟效果.结果表明:热烟试验能够模拟火灾烟气的流动,可用于评价大空间排烟系统的有效性及消防验收.     

中庭火灾模型数值与实验研究

结合火灾相似模型实验对中庭火灾数值模型进行了比较，其中采用的燃烧子模型充分考虑了火源燃烧及蔓延过程对于烟气流动的影响。利用PHOENICS软件开发的应用程序计算表明，大空间建筑火灾数值模拟采用燃烧子模型和辐射换热模型，可以更好地反映出火源释热率的变化情况。计算结果与实验数据比较，定性合理。     

室内火灾危险性分析

利用FDS软件模拟火源在室内不同位置处火灾的危险性,分析火源在不同位置时室内烟气层的温度、氧气体积分数及烟气层高度的变化规律。模拟结果表明:火源在门开口径向方向时,室内1.5 m高度以下空间的烟气层温度较高,氧气体积分数较低,而1.5 m以上情况相反;火源位置距离开口越近,烟气层高度越低,危险性越大。     

CFAST软件在高层学生公寓火灾区域模拟中的应用

介绍高层学生公寓火灾特点及其危害性,以某大学高层学生公寓楼5斋作为研究对象,采用CFAST区域模拟软件,模拟着火时,不同区域中烟气层下降高度、上部烟气层温度、下部烟气层温度、一氧化碳浓度、氧气质量分数和上部烟气层体积随时间的变化,模拟结果分析发现:其中烟气层高度、可能对封堵在区域1和11(楼梯)疏散人员产生危害,对其他区域的疏散人员均不会有危害。并在实际工作中可以通过在楼梯中安装消防排烟设备解决区域1和11烟气对人员产生的危害。     

狭长通道顶部障碍物下游火灾烟气密度跃变的数值模拟研究

火灾烟气的密度跃变过程会卷吸烟气下部的空气,使得烟气层明显增厚、质量流量显著增大,这会加大疏散与救援的难度,并影响既有防排烟设计的有效性。为明确烟气层密度跃变的机理及危害,采用数值模拟方法,研究了狭长通道火灾烟气沿顶棚水平蔓延过程中,顶部障碍物的存在对其下游烟气层密度跃变的影响。结果表明,若没有顶部障碍物的作用,仅增大热释放速率并不能使得烟气层发生密度跃变。而顶部障碍物可能引起其下游烟气流动状态突变,并引发密度跃变。跃变所产生的烟气层厚度、卷吸质量流量变化均与障碍物高度相关。并提出采用梯度弗劳德数作为判断烟气层密度跃变发生与否及衡量密度跃变效果的无量纲数。     

中庭机械排烟量计算方法探析

阐述了中庭防排烟系统机械排烟量的性能化计算方法,即以区域模型为理论基础,结合中庭建筑特征设定火灾热释放率后进行火灾烟气层高度和排烟速率等计算,并给出了计算实例。     

商场及购物中心的排烟设计

本文针对装有自动喷洒灭火系统的商场和购物中心，在规定了“设计火灾规模”（即疏散时间内火灾范围为周长１２ｍ，放热速率为５ＭＷ）的条件下，提出了蓄烟拱的规模、烟流量、烟层温度、挡烟垂壁尺寸、排烟口数量和面积等计算公式、数据和实验曲线，讨论了排烟系统的基本功能、挡烟垂壁的设置、自动洒水对烟气的冷却作用、进气口的风速、自然排烟和强制排烟等具体问题。     

室内烟气运动影响因素模拟研究

运用FDS模拟室内火灾烟气的运动规律,分析烟气层稳定性,以及门的尺寸、火源位置和火源面积对烟气温度及高度的影响。结果表明,具有稳定热释放速率的火源,燃烧一段时间后烟气层高度不会随时间发生变化;烟气层高度随门的高度和宽度增加而升高;火源处于房间中心时,烟气层高度随着门宽度增加迅速升高,与门高度的关系较小;随着火源面积增加,烟气层高度下降,温度升高。     

酒店中庭自然排烟方式的数值模拟

分析青海某庭院式酒店中庭区域的烟气蔓延,通过模拟得到排烟口高度处烟气层内热流、质量流、体积流随时间变化的情况,分析建筑自然排烟系统的有效性,并对比排烟口布置位置对排烟效果的影响。通过计算得出排烟窗面积为内庭院面积的10%时能够保障建筑的消防安全。在4.0 MW的火源功率下,火源稳定之后150s左右烟气层稳定在30～32m高度处;自然排烟口位于庭院中心处的排烟效果优于排烟口位于四周。     

机械排烟与水喷淋对仓室火灾控制效果的实验研究

研究了大空间建筑中仓室消防措施的有效性，按照规范设计的工况设计了全尺寸实验，研究了机械排烟和水喷淋对烟气层温度及高度的控制效果，并将结果与消防措施实效的情况下相比较，说明按照规范设计的消防措施能够有效的控制火灾，在规范设计基础上增大风机排烟量和水喷淋压力，取得了更加良好的效果，达到了灭火的目的。     

活塞风作用下超长公路隧道火灾烟气蔓延特性研究

汽车在隧道中行驶时会产生活塞风,有效利用活塞风可降低机械排烟系统的成本和能耗。本文首先进行了理论分析,然后通过计算流体动力学软件对活塞风作用下公路隧道的火灾烟气蔓延特性进行研究。数值模拟探究了不同活塞风速对于隧道中不同火源功率（10、30、50 MW）情况下烟气层运动、温度场和流速场分布的影响。研究结果表明,近期、远期的活塞风速衰减模型在不同火源功率时,烟气层运动、温度场和流速场变化规律基本相同,随着火源功率增大,烟气回流到隧道入口的时间更短,隧道内流速场发生变化的时间越晚。     

Definition and experimental evaluation of the smoke “confinement velocity” in tunnel fires

An experimental study is carried out on a reduced scale tunnel model (scale reduction is 1:20). The main objective is to evaluate the longitudinal velocity induced into a tunnel when a fire plume continuously released is confined and extracted between two exhaust vents located on both sides of the fire source. For the experimental simulations, fire-induced smoke is simulated by an air and helium mix release. Smoke flow is symmetrical as regards the fire location and experiments are realized for an half tunnel with only one vent activated downstream the source. The vent extraction flow rate is step by step increased and the length of the stratified smoke layer downstream the vent as well as the longitudinal fresh air flow induced, are measured. A confinement velocity is then associated to the minimum value of the longitudinal air flow needed to prevent the smoke layer propagation downstream the vent. This velocity is evaluated for several values of the fire heat release rate and finally compared with the corresponding critical velocity obtained for a longitudinal ventilation system.     

Experimental study of natural roof ventilation in full-scale enclosure fire tests in a small compartment

An analysis of full-scale fire test experimental data is presented for a small compartment (3×3.6×2.3 m). A square steady fire source is placed in the center of the compartment. There is an open door and a horizontal opening in the roof, so that natural ventilation is established for the well-ventilated fire. A parameter study is performed, covering a range of total fire heat release rates (330, 440 and 550 kW), fire source areas (0.3×0.3 m and 0.6×0.6 m) and roof ventilation opening areas (1.45×1 m, 0.75×1 m and 0.5×1 m). The impact of the different parameters is examined on the smoke layer depth and the temperature variations in vertical direction in the compartment. Both mean temperatures and temperature fluctuations are reported. The total fire heat release rate value has the strongest influence on the hot smoke layer average temperature rise, while the influence of the fire source area and the roof opening is smaller. The hot smoke layer depth, determined from the measured temperature profiles, is primarily influenced by the fire source area, while the total fire heat release rate and the roof opening only have a small impact. Correlations are given for the hot smoke layer average temperature rise, the buoyancy reference velocity and the total smoke mass flow rate out of the compartment, as a function of the different parameters mentioned. Based on the experimental findings, it is discussed that different manual calculation methods, widely used for natural ventilation design of compartments in the case of fire, under-predict the hot layer thickness and total smoke mass flow rate, while the hot layer average temperature is over-estimated.