建筑火灾的CFAST模拟与安全疏散研究

论文摘要

在人类历史上,火灾一直是威胁人类生命安全和财产安全的主要灾害之一,并且直接影响经济发展和社会稳定。而建筑物往往存在着人员密度大,火灾荷载大的特点,一旦发生火灾,就可能造成财产的巨大损失和人员的大量伤亡,因此,建筑火灾已成为社会各界密切关注的重大课题。随着计算机技术的飞速发展,火灾模拟技术和人员安全疏散研究也得到了快速发展。火灾模拟不仅可以形象的展示出火灾过程中热量、烟气的传递过程,更重要的是可以为火灾危险性分析提供更加快速、准确的实验数据；人员安全疏散的研究可以较为准确的预测人员必需的安全疏散时间,从而为建筑火灾安全性研究提供有利的分析工具。本文首先分析了建筑火灾的发展过程,热释放速率(HRR)的设定方法,火灾烟气以及五种常用的火灾模型。在此基础上,以某高校宿舍楼火灾为研究对象,通过建立CFAST区域火灾模型,设定三个典型的火灾场景,研究了各个火灾场景中相关区域的温度、烟气层高度以及烟气成分等随时间的变化趋势,并运用Excel软件对其模拟结果进行分析,得出了火灾达到临界危险的时间(ASET)。然后通过对人员安全疏散理论模型的分析,并运用日本简化的经验疏散公式对人员安全疏散时间进行计算,综合得出了人员的必需安全疏散时间(RSET)。最后根据人员安全疏散准则,结合CFAST分析结果以及必需安全疏散时间的计算结果,对本文的建筑模型的火灾安全性问题进行了分析和讨论。本文对研究建筑火灾发展过程的特点,安全性分析以及火灾形势下人员的安全疏散问题具有重要参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究背景
• 1.1.1 社会当前的火灾形势依旧严峻
• 1.1.2 建筑火灾特点
• 1.2 火灾数值模拟的国内外研究现状
• 1.2.1 国内火灾模拟研究现状
• 1.2.2 国外火灾模拟研究现状
• 1.3 人员安全疏散研究现状
• 1.3.1 国内安全疏散研究现状
• 1.3.2 国外安全疏散研究现状
• 1.4 本文的研究内容与技术路线
• 第二章 火灾数值模拟的基本理论与研究方法
• 2.1 建筑火灾的发展过程
• 2.2 火源热释放速率的确定
• 2.2.1 火源热释放速率曲线确定方法
• 2.2.2 特征火灾曲线
• 2.2.3 常用火源热释放速率模型
• 2.3 火灾烟气
• 2.3.1 描写烟气流动的控制方程
• 2.3.2 烟气流动和蔓延
• 2.3.3 烟气的危害
• 2.4 火灾数值模拟方法
• 2.4.1 火灾模拟方法的分类
• 2.4.2 火灾模拟在建筑火灾研究中的重要作用及其局限性
• 第三章 CFAST基础理论及建筑火灾的数值模拟
• 3.1 CFAST模型简介
• 3.1.1 CFAST模型使用概述
• 3.1.2 CFAST程序流程
• 3.2 CFAST模型使用的预测方程
• 3.2.1 双层区域模型的推导方程
• 3.2.2 CFAST模型用到的控制方程组
• 3.2.3 CFAST模型的燃烧守恒方程
• 3.3 火灾临界危险的判定条件
• 3.4 建筑火灾的CFAST模拟
• 3.4.1 建筑火灾的物理模型
• 3.4.2 火灾场景设定
• 3.4.3 火灾模拟初始条件的设定
• 3.4.4 火灾模拟过程及模拟数据结果
• 3.5 模拟结果分析及危险时间的确定
• 第四章 建筑火灾中人员安全疏散分析
• 4.1 火灾中人员安全疏散的主要影响因素及逃生行为模式
• 4.1.1 人员安全疏散的主要影响因素
• 4.1.2 火灾烟气中人员的逃生行为模式
• 4.2 人员安全疏散的评价准则
• 4.3 人员安全疏散的理论模型
• 4.3.1 火灾探测时间Tdet
• 4.3.2 火灾确认反应时间Tresp
• 4.3.3 人员疏散行动时间Tmove
• 4.4 火灾中人员安全疏散行动时间的计算
• 4.4.1 疏散行动时间计算的基本假设
• 4.4.2 利用日本经验公式计算
• 4.5 基于三种火灾场景的人员安全疏散结果分析
• 4.6 火灾建筑的改进方案
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果