建筑火灾中回燃现象数值模拟与机理研究

论文摘要

当火灾发生在受限空间内时,由于室内外无法进行气体交换,因此当室内氧气浓度低于一定界限时,燃烧会逐渐熄灭。但此时室内仍然有部分可燃物在高温的作用下分解出可燃气体。当某种原因导致受限空间产生新的通风口时,例如窗户破裂,房门开启等,外界空气与室内含有可燃气体的热烟气充分混合形成重力流,混合气体如果被引燃或者自身温度足够高而自燃,那么会发生十分剧烈的燃烧甚至爆炸。在混合气体引发的二次火灾中,火焰会以火球形式从室内喷射出去,此刻火场温度非常高并且伴随产生的气体压力足以对建筑结构产生致命损伤,这就是建筑火灾中的回燃现象。本文将分别从计算机数值模拟和理论分析两个方面对回燃现象进行研究。1)列举分析现阶段火灾数值模拟的数学模型种类。不同的数学模型对应不同的初始条件,因此需要分析回燃现象模拟所需的燃烧模型。对现行五种主要的火灾数学模型进行对比分析可知,本质为湍流力学模型的场模拟其初始假设条件最少,因此得出的结论数据也最为精确。场模拟中的大涡模拟对于计算机性能要求较低,因此具有较好的应用前景。大涡模拟使用混合分数燃烧模型来模拟燃烧反应,经过详细介绍该理论可知,选用混合分数燃烧模型符合研究需求。2)采用FDS软件模拟62WATTS ST.(NY) FIRE实际回燃火灾案例,分析其热释放速率、温度场、一氧化碳浓度的变化曲线,将结果与前人研究结论对比,得出利用场模拟的FDS软件在模拟回燃火灾更具可行性。3)参照前人小尺寸实验数据,以热平衡理论为基础,理论分析回燃火灾的类型和临界条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 腔体研究
• 1.2.2 隧道研究
• 1.3 本文研究目标及思路
• 第2章 火灾数学模型分类及选择
• 2.1 火灾数学模型简介
• 2.1.1 经验模型
• 2.1.2 网格模型
• 2.1.3 区域模型
• 2.1.4 场模型
• 2.1.5 复合模型
• 2.2 混合分数燃烧模型详解
• 2.2.1 单步瞬时的混合分数模型
• 2.2.2 单步反应,火焰可熄灭的混合分数模型
• 2.2.3 两步反应,火焰可熄灭的混合分数模型
• 2.3 小结
• 第3章 室内火灾回燃现象的数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 火灾模型建立与参数设定
• 3.2.1 火灾模拟软件FDS性能简介
• 3.2.2 模型网格设置
• 3.2.3 火灾热释放速率设计
• 3.2.4 通风条件
• 3.2.5 模型材料特性
• 3.3 回燃的模拟过程与结果分析
• 3.3.1 回燃火焰发展过程
• 3.3.2 模拟结果与分析
• 3.4 小结
• 第4章 回燃现象理论分析
• 4.1 热平衡曲线分析
• 4.1.1 回燃的着火方式
• 4.1.2 回燃发生的热平衡曲线分析
• 4.2 回燃火灾的类型与条件分析
• 4.3 小结
• 结论与建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果