教学楼走廊火灾烟气流动的数值模拟

论文摘要

教学楼是学校的主要建筑,其内人员相对比较集中、学生人数密度大,再加上教学楼体积大、易燃对象多,火灾隐患时刻存在。教学楼内一旦发生火灾,走廊能加快火灾烟气的蔓延,严重影响人员逃生。因此应该重视对教学楼走廊火灾烟气流动的研究。本文首先建立了场模拟数学模型;其次研究了火源的设定、热释放速率的值及其随时间的变化等火灾场景的基本要素;最后运用火灾场模拟软件FDS,利用大涡模拟方法对一高校五层教学楼走廊的火灾场景进行数值模拟研究。本文有针对性的模拟了三种类型的火灾场景,包括:1、不同的通风开口类型的火灾场景;2、楼层相同、火源大小相同但火源位置不同的火灾场景;3、火源位置相同、火源大小相同但楼层不同的火灾场景。对模拟结果进行了对比分析,结果表明:火源热释放速率为6MW时,教学楼走廊一层发生火灾,走廊内的情况是安全的,楼梯间的温度随着楼梯间高度的增加升高很快,200s内上升将近50℃,对人员逃生构成威胁;火源在中间层的情况下,烟气层高度、温度、能见度都符合安全标准;顶层发生火灾时,走廊内的烟气在300s之后开始大量弥散,特别是在距离火源位置超过40m的走廊内,烟气层高度在1.6m左右,400s之后,距离火源超过20m的地方烟气温度都在30℃以上,最高将近50℃,对人员的安全疏散有一定的威胁。通过以上研究得出了一些结论,可以给教学楼火灾安全工程研究人员和教学楼人员疏散的研究者提供一定的参考,为进一步的深入研究提供资料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的必要性
• 1.2 研究方法的选择
• 1.2.1 实尺寸实体实验研究
• 1.2.2 缩小比例模拟实验研究
• 1.2.3 计算机模拟研究
• 1.2.4 本文的研究方法
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国内研究现状
• 1.3.2 国外研究现状
• 1.4 本文的主要内容
• 第2章 场模拟的理论基础
• 2.1 流体动力学模型
• 2.2 低马赫数假设
• 2.3 模型方程的进一步变形与简化
• 2.3.1 动量方程的变形与简化
• 2.3.2 能量方程的变形与简化
• 2.4 控制方程组中源项的离散
• 2.4.1 离散化的概念
• 2.4.2 常用的离散化方法
• 2.4.3 对控制方程组中主要源项的空间离散
• 2.5 湍流数值模拟方法
• 2.6 燃烧模型
• 2.7 辐射模型
• 2.8 本章小结
• 第3章 教学楼走廊火灾的基本要素研究
• 3.1 火灾场景的研究
• 3.1.1 火灾场景的分类
• 3.1.2 火灾场景确定的原则
• 3.1.3 火源的研究
• 3.1.4 火灾荷载的分类
• 3.2 热释放速率的确定
• 3.2.1 实际火灾实验
• 3.2.2 类似火灾实验
• 3.2.3 理论计算
• 3.2.4 根据火灾蔓延进行计算
• 3.3 教学楼走廊火灾场景的设定
• 3.3.1 教学楼走廊火源的设定
• 3.3.2 教学楼走廊火灾增长因子α的确定
• 3.3.3 教学楼走廊火灾热释放速率曲线的确定
• 3.4 本章小结
• 第4章 教学楼走廊火灾烟气流动的模拟
• 4.1 研究对象
• 4.1.1 研究对象的概况
• 4.1.2 模型的简化与假设
• 4.2 一层走廊火灾的数值模拟
• 4.2.1 数值模拟条件
• 4.2.2 数值模拟结果分析
• 4.3 中间层走廊火灾的数值模拟
• 4.3.1 数值模拟条件
• 4.3.2 数值模拟结果分析
• 4.4 同一楼层、不同火源位置的数值模拟
• 4.4.1 数值模拟条件
• 4.4.2 数值模拟结果分析
• 4.5 不同楼层、相同火源位置的数值模拟
• 4.5.1 数值模拟条件
• 4.5.2 数值模拟结果分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 附录A
• 附录B
• 附录C