单吹式防烟空气幕防烟效果的数值模拟研究

论文摘要

为了保证火灾时人员和财产的安全,人们利用各种方式阻挡烟气进入安全通道,但以往的挡烟方式:防火门、防火卷帘等均为刚性隔断,虽然能有效的阻挡烟气的蔓延,但是也对人员的疏散、物资输运和消防灭火救援产生不利影响。因此,国内外火灾科学研究者提出了一种新的防排烟技术——防烟空气幕技术。防烟空气幕是由风幕机喷射出一定射流角度及速度的幕状气流,阻隔高温烟气的蔓延,以阻止烟气进入疏散通道内,延长可用人员安全疏散时间,且不影响人员的自由出入。因此,气幕防排烟技术具有广阔的应用前景。本文在前人研究的基础上,以四川消防研究所高层试验塔二层标准层为原型,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究单吹式防烟空气幕在前室门处的防烟效果,寻找其最佳运行参数及主导因素与火源总释放速率之间的关系,具体研究工作为①结合烟气羽流模型及防烟空气幕效率计算公式研究在一定火源总释放速率情况下空气幕防烟效率;②研究单吹式防烟空气幕在不同运行参数组合情况下防烟效果,得出最佳运行参数及空气幕防烟效果的主要影响因素;③基于数值模拟研究结果得出防烟空气幕主要影响因素与火源总释放速率之间的关系。研究得出的主要结论为:①结合Heskestad羽流模型及单吹式防烟空气幕计算方法,得出在一定火源总释放速率条件下防烟空气幕工作效率计算方法;②以不同组合情况下防烟空气幕的挡烟情况数值模拟结果为依据,通过定量及定性分析得出空气幕最佳射流角度为10～15°,最佳空气幕厚度为0.2～0.3m;③通过对实验模拟结果的分析,得出空气幕出口风速为影响空气幕挡烟效率的主要因素,以实验得出的各种火源总释放速率条件下最佳风速为基础,采用最小二乘法拟合,并用理论计算效率的方法修正,得出当火源总释放速率=500kw时,空气幕出口风速与火源总释放速率满足如下关系:y=0.0008x+1.2906

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 高层建筑火灾时烟气流动的机理分析
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容、研究方法、技术路线及研究意义
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 1.3.3 技术路线
• 1.3.4 研究意义
• 第2章 防烟空气幕防烟的理论基础
• 2.1 前室门洞处烟气流动分析
• 2.2 单吹式防烟空气幕流场结构及计算
• 2.2.1 空气幕流场结构
• 2.2.2 单吹式防烟空气幕计算
• 2.3 不同条件下空气幕工作效率计算
• 2.3.1 假设条件
• 2.3.2 效率计算
• 第3章 数值模拟的理论基础
• 3.1 场模型的求解过程
• 3.2 FDS软件介绍
• 3.2.1 FDS模拟原理
• 3.2.2 FDS的优点
• 3.3 FDS火灾模拟的数学模型
• 3.3.1 基本守恒方程组
• 3.3.2 大涡模拟
• 第4章 空气幕防烟效果的数值模拟
• 4.1 模型的建立
• 4.1.1 几何模型
• 4.1.2 火源的处理
• 4.1.3 初始条件
• 4.1.4 网格确定
• 4.1.5 计算工况
• 4.2 最佳参数的选取
• 4.2.1 最佳出口角度
• 4.2.2 最佳空气幕厚度
• 4.2.3 最佳出口风速
• 4.2.4 出口风速与火源总释放速率的关系
• 4.3 空气幕防烟效率分析
• 4.4 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录1 标准层平面图
• 附录2 完整FDS模型
• 附录3 火灾场景设置
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果