建筑物换气树生成技术研究及烟流预测软件的完善

论文摘要

经过前人的不懈努力,王厚华、罗嘉陵等人开发出了建筑物烟气流动特性预测软件。将模拟计算数据对比国外数据,结果非常接近,软件的开发是成功的。但是火灾网络模型和软件仍然存在一些问题和缺陷。笔者在已取得的成果的基础上,对模型和软件作出了一些改进,使模型和软件更加完善,适用性更强。具体如下:在深入了解图论原理和火灾网络模型的基础上,提出了建筑物换气树电脑自动生成的基本思想。构建了建筑物换气树的数学模型,并提出了求解方法。利用Matlab语言编制出了自动生成程序,实现了多层多室建筑物换气树的自动生成。通过实际算例验证了算法的正确性,证实了对换气树的生成是成功的。对软件的改进和完善方面,在模型中添加了烟气中毒性气体CO模型,软件可计算各时刻节点的CO浓度,给出了火灾危险状态判据,软件可以判断任意节点是否处于危险状态。火灾发展过程在软件中的完善,轰燃条件的判断,并对应该引起重视的回燃现象做了分析。对火灾发展中烟气蔓延时的烟气层高度变化进行了研究,给出了烟气层高度变化的关系式,编制软件实现了烟气层高度变化的动态显示。对火灾网络模型的机械排烟量做了研究,并通过改进烟流预测软件得到模拟实现。在保证烟气层不下降到危害人员安全的高度下,对机械排烟量的大小做了分析和预测,提出了一种以保证人员安全疏散临界高度来设计排烟系统的性能化设计方法,嵌入烟流软件后可以计算各时刻的排烟量。流量系数的改进、火灾热释放速率、墙体材料数据的建设以及通过对烟流预测软件的输入部分的改进,减轻了输入的工作量,为软件使用提供方便,降低了软件对使用者的专业技能要求。通过对实体建筑物火灾实验和软件的模拟,对比发现计算结果和实验数据相当接近,证实了换气树生成是正确的、对软件的改进是成功的。将改进后的烟流预测软件与安全疏散相结合,对一具体建筑物进行了安全性分析,实现对建筑物每个节点的人员安全疏散进行定量的判断和评价。对比分析结果,再次证实了对换气树的生成是正确的,对烟流预测软件的的改进是成功的。通过对烟流预测软件的输入部分的改进,减轻了输入的工作量,加快了应用软件的商业化过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 概述
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 本研究的工作基础及国内外研究现状
• 1.2.1 火灾模拟简介
• 1.2.2 网络模型在火灾烟流预测中的研究进展
• 1.3 主要研究目的及内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 论文的章节安排
• 2 烟气流动理论模型
• 2.1 烟气流动解析
• 2.1.1 房间质量平衡方程式
• 2.1.2 环路压力平衡方程式
• 2.1.3 开口质量流量和开口压差关系式
• 2.2 室温解析
• 2.3 维护结构传热解析
• 2.4 烟气浓度和C02 浓度求解
• 2.4.1 房间的烟质量平衡式
• 2.4.2 房间的C02 质量平衡式
• 3 建筑物换气树生成技术的研究
• 3.1 高层建筑火灾烟气流动性状预测软件简介
• 3.1.1 软件的主界面
• 3.1.2 程序功能
• 3.1.3 用户准备工作
• 3.1.4 软件计算工作
• 3.1.5 软件的验证发展
• 3.2 建筑物换气树生成技术研究
• 3.2.1 换气树基本术语及其模型的建立
• 3.2.2 换气树网络图的矩阵表示
• 3.2.3 通风换气网络图的矩阵建立及算法实现
• 3.2.4 换气树总体构建的基本步骤
• 3.3 换气树构建在软件中的实现
• 3.3.1 房间数据设置
• 3.3.2 开口性质判断
• 3.3.3 图形变换
• 3.4 实例验证
• 3.4.1 算例1
• 3.4.2 算例2
• 4 建筑物烟流预测软件的改进与完善
• 4.1 烟气的定义及分析
• 4.2 CO 浓度求解
• 4.2.1 房间的CO 质量平衡
• 4.2.2 CO 浓度求解在软件中的实现
• 4.3 火灾发展过程的完善
• 4.3.1 火灾发展的过程
• 4.3.2 火灾发展中的轰燃现象
• 4.3.3 火灾轰燃现象的判定
• 4.3.4 轰燃现象在软件中的判断
• 4.3.5 火灾中应该引起高度重视的回燃现象
• 4.3.6 燃烧状态
• 4.4 烟气层高度模型
• 4.5 排烟速率的研究
• 4.5.1 排烟量的研究
• 4.5.2 排烟效率与临界排烟量
• 4.6 开口流量系数和火灾增长系数
• 4.6.1 开口流量系数
• 4.6.2 火源热释放速率增长系数
• 4.7 发展完善的火灾数据库
• 4.7.1 选择建筑材料的数据库建设
• 4.7.2 选择建筑物所用材料
• 4.7.3 材料数据库的管理
• 4.8 软件的加密保护
• 5 火灾烟流特性实验研究
• 5.1 实验简介
• 5.2 实验条件及实验过程
• 5.3 实验结果
• 5.4 运用改进后的烟流软件计算结果与实验结果分析比较
• 5.5 结论
• 6 运用烟流预测软件的应用实例
• 6.1 火灾时烟气扩散流动情况
• 6.2 性能化设计安全疏散判据
• 6.2.1 临界温度tc
• 6.2.2 临界烟气质量浓度gsc
• 6.2.3 临界C02 浓度gcc
• 6.2.4 临界CO 浓度gyc
• 6.2.5 临界烟气层高度Zc
• 6.3 改进后烟流性状预测软件计算程序流程图
• 6.4 运用改进后的烟流预测软件对实例进行计算分析
• 6.4.1 模拟的建筑物的概况
• 6.4.2 模拟的建筑物的换气树
• 6.4.3 模拟输入条件
• 6.4.4 模拟过程及结果分析
• 7 基于烟流预测软件的安全疏散分析
• 7.1 人员安全疏散的基本条件
• 7.2 所需安全疏散时间（RSET）TEVACUATE的确定
• 7.2.1 火灾探测系统的报警时间Tb
• 7.2.2 人员确认反应时间Tresponse
• 7.2.3 人员疏散行动时间Ttravel
• 7.3 可用安全疏散时间（ASET）的确定
• S'>7.4 安全余量T_S
• 7.5 基于疏散的火灾安全评估方法
• 7.6 安全疏散实例分析
• 7.6.1 走廊型建筑物的基本情况
• 7.6.2 模拟疏散计算结果及安全评价
• 7.7 不确定性分析
• 7.7.1 疏散过程中的人员不确定性分析
• 7.7.2 火灾发生原因的不确定分析
• 7.7.3 火灾发展的不确定分析
• 7.8 结论
• 8 结论与建议
• 8.1 结论
• 8.2 进一步完善的方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录