有风条件下室内火灾烟气流动与控制研究

论文摘要

烟气是火灾中造成人员伤亡的最主要因素,建筑的消防安全离不开对火灾烟气的控制与管理。基于火灾过程的复杂性,火灾烟气容易受到外界因素的影响,如环境风。本文针对有风条件下的烟气流动与控制开展了理论模型分析、数值模拟和模型实验研究,完成的研究工作以及获得的主要成果如下:1.建立了水平风作用下的羽流质量流率的数学模型,分析了水平风对羽流质量流率的影响,采用因次分析法获得了水平风下羽流质量流率的预测表达式,为建筑火灾中烟气产生量的正确计算提供了理论参考;2.建立了环境风实验平台,并于平台中开展了不同环境风速下的小尺寸自然排烟实验,为建筑自然排烟系统的设置及系统在环境风条件下的性能表现预测提供了实验数据支持;3.提出了总风压系数的概念,并将其用来评价环境风对自然排烟效果的影响,获得了自然排烟临界失效风速与总风压系数的幂次关系;4.发展了针对有风条件下室内火灾自然排烟过程计算的双区模型,模型预测与实验结果符合良好,可以将其作为自然排烟系统设计的辅助计算工具。实际火灾中火源及环境条件千差万别,建筑防排烟系统的设置应具体问题具体分析。基于此,本文的研究有望能对实际建筑防排烟系统的设计提供模型和数据参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 图表目录
• 符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 火灾与火灾烟气
• 1.1.2 建筑火灾烟气的控制方法
• 1.1.3 环境风对火灾烟气流动与控制的影响
• 1.1.4 本文研究目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 火灾烟气流动与控制研究方法
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容及思路
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究思路
• 1.3.3 本文内容安排
• 第2章 火灾烟气流动与控制模化研究基础
• 2.1 火源的模化
• 2.1.1 定常火源
• 2.1.2 时间平方增长火
• 2.1.3 时间平方增长—稳定火
• 2.1.4 其它火源
• 2.2 羽流
• 2.2.1 羽流形态
• 2.2.2 羽流质量流率
• 2.3 通风口气体流动
• 2.3.1 自然排烟口
• 2.3.2 补气口
• 2.4 小结
• 第3章 水平风条件下的羽流质量流率研究
• 3.1 理想羽流模型
• 3.2 水平风对羽流质量流率的影响
• 3.3 水平风下羽流质量流率简化模型分析
• 3.4 水平风下羽流质量流率的CFD模拟
• 3.4.1 模拟条件设置
• 3.4.2 网格有效性分析及计算工况设置
• 3.4.3 结果分析
• 3.4.4 模型系数的确定
• 3.5 水平风下羽流质量流率的模型计算
• 3.6 小结
• 第4章 有风条件下自然排烟过程的模型实验研究
• 4.1 Froude模拟方法—模型实验
• 4.2 实验设施
• 4.2.1 模拟风道、模型房间与模拟火源
• 4.2.2 采集系统
• 4.2.3 风道截面风速分布
• 4.3 实验安排
• 4.3.1 实验工况
• 4.3.2 实验步骤
• 4.4 实验数据处理方法
• 4.4.1 火源功率确定方法
• 4.4.2 烟气层界面确定方法
• 4.5 实验结果分析
• 4.5.1 无风时自然排烟过程
• 4.5.2 有风时自然排烟过程
• 4.6 小结
• 第5章 有风条件下自然排烟过程的区域模型分析
• 5.1 双区模型的基本思想及控制方程
• 5.1.1 双区模型的控制方程
• 5.1.2 典型双区模型
• 5.2 环境风对建筑的附加风压
• 5.3 有风条件下自然排烟过程的双区模化
• 5.3.1 质量守恒方程
• 5.3.2 状态方程
• 5.3.3 烟气产生速率
• 5.3.4 排烟速率
• 5.3.5 递推计算
• 5.4 自然排烟准稳态分析
• 5.4.1 准稳态影响因素的计算分析
• 5.4.2 临界失效风速
• 5.5 实验数据比较
• 5.6 小结
• 第6章 大空间建筑防排烟系统设计探讨
• 6.1 排烟方式的选择
• 6.2 排烟量（排烟面积）的确定
• 6.2.1 可燃物和火灾荷载分析
• 6.2.2 烟气产生量和排烟量（排烟面积）的计算
• 6.3 烟控效果的验证
• 6.3.1 数值模拟计算验证
• 6.3.2 模型实验验证
• 6.3.3 现场热烟测试
• 6.4 小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 全文总结和结论
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间论文及科研情况