地下车库火灾烟气流动试验与模拟分析

论文摘要

地下车库具有封闭性的特点,若车库内通风不良,容易引起油蒸汽积聚而产生爆炸引发火灾。通风与防排烟的合理设计对保证地下车库内空气质量和消防安全达标十分重要,因此进行合理的地下车库通风量计算和火灾时烟气流动的规律的研究很有必要。国内外关于地下车库通风量计算方法有很多种,计算结果差别较大。已有研究表明稀释浓度法计算结果较准确。汽车出入频度是一个重要参数,但是目前国内规范中尚缺乏基于实地调研而建立的汽车库出入频度数据库。因此,本文通过对西安市四所有代表性的地下车库进行调研,得到了西安地区车库汽车出入频度的取值范围为0.25-1.35。将峰时汽车出入频度数带入稀释浓度法中得到地下车库通风量换气次数为4次/h,正常情况下以该通风量间歇运行通风系统可以满足卫生标准的要求。进一步探讨了换气次数4次/h的通风量能否满足地下车库火灾时消防安全要求。利用已有的实验台进行了地下车库火灾的缩尺模型试验,开展了自然排烟和不同排烟量下的机械排烟火灾试验。试验结果与经验公式计算结果对比吻合很好,表明该地下车库模型实验可以有效地预测地下车库火灾的烟气流动情况。受试验条件所限而不能全面地研究各因素对地下车库火灾烟气流动的影响。因此,选用FDS5.0软件进行数值模拟试验。首先,对模型试验工况进行数值模拟,将模拟结果与试验结果相对比来验证该软件模拟的可靠性。接着,进一步对大尺寸地下车库的烟气流动和控制方法进行模拟研究,分析了排烟量、火源强度、火源位置对烟气层发展和火灾控制的影响规律,得到地下车库火灾烟气温度分布图、烟气浓度扩散图和烟气流动速度图。结果表明:增大排烟量对降低烟气温度影响不大,但可以有效降低烟气浓度和改善车库内的能见度,但排烟量过大也会导致烟气下降速度加快,最佳的排烟量对应的换气次数为6次/h;火源位于空间中心位置的火灾危害最大。本文的研究工作对地下车库火灾通风与防排烟设计具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 国内外建筑火灾的相关研究现状
• 1.2.1 地下车库通风量计算方法研究
• 1.2.2 建筑火灾模型实验现状
• 1.2.3 建筑火灾数值模拟实验现状
• 1.3 本课题研究的主要内容和方法
• 2 西安市地下车库汽车出入频度调研
• 2.1 国内外地下车库汽车出入频度调研现状
• 2.2 西安市地下车库汽车出入频度调研
• 2.3 西安市地下车库排风运行方案建议
• 3 地下车库火灾模型试验方案
• 3.1 烟气流动控制方程
• 3.1.1 烟羽流理论
• 3.1.2 控制方程
• 3.1.3 火灾烟羽相似模型
• 3.2 烟气层理论
• 3.3 烟气层高度对疏散的影响
• 3.4 地下车库火灾排烟量计算
• 3.5 地下车库火灾试验模型方案设定
• 3.5.1 物理模型
• 3.5.2 火灾场景设定
• 3.5.3 实验工况设定
• 4 地下车库火灾试验结果分析
• 4.1 经验公式验证地下车库模型试验
• 4.2 地下车库火灾自然通风的试验结果与分析
• 4.3 地下车库火灾机械排烟的试验结果与分析
• 4.3.1 机械排烟试验结果
• 4.3.2 排烟量对烟气运动的影响
• 5 地下车库火灾数值模拟与试验结果对比分析
• 5.1 Fire Dynamics Simulation（FDS）简介
• 5.2 FDS 数学模型
• 5.3 FDS 数值模拟
• 5.3.1 FDS 文本编写
• 5.3.2 FDS 模拟模型
• 5.4 试验数据与模拟数据对比
• 5.5 FDS 数值模拟数据分析
• 6 大尺寸地下车库火灾FDS 数值模拟分析
• 6.1 物理模型的建立和工况设计
• 6.2 网格大小对烟气运动的影响
• 6.3 排烟量对排烟效果的影响
• 6.3.1 工况的设置
• 6.3.2 模拟结果分析
• 6.4 火源位置对烟气运动的影响
• 6.5 火源强度对烟气运动的影响
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文