基于区域模拟的室内火灾升温曲线研究

论文摘要

火灾时的空气升温情况作为结构抗火研究的重要输入条件,直接影响结构抗火设计结果。现行的结构抗火设计主要采用标准升温曲线（ISO834）校核构件的耐火极限,这种方法有很多弊端,因此需要获得更加接近实际火灾性状的T-t曲线来改进标准试验。区域模型是室内火灾研究中占有非常重要地位的一种火灾模化模型,因此,本文以单室火灾为研究对象,从室内火灾物理现象出发,通过将室内火灾划分为燃料和通风控制两种类型,从而分别采用双区域和单区域模型进行了数学建模,并开发了室内火灾升温曲线计算程序。主要工作有：（1）研究了建筑室内火灾发展的一般规律、相关参数、传热过程,分析了影响温升的主要因素,调研了国内外已有的火灾升温曲线,指出了区分燃料控制型和通风控制型火灾的必要性。（2）经过综合对比常用的火源热释放速率模型,确定了采用预先给定最大热释放速率Qmax。的方法构造的火灾全过程的t2模型作为本文的火源模型。（3）对燃料控制和通风控制下的起火房间区域数学模型进行了详细推导,建立了热平衡方程。全面考虑了包括羽流、开口流和壁面传热等火灾分过程,并对其机理和数值方法进行了分析,形成了更趋成熟的室内火灾区域模型理论。（4）开发了单室火灾升温曲线计算程序,本程序具有简单明了的可视化操作界面。在该程序中,开发了参数输入界面和计算输出界面,便于计算和显示当输入不同房间与环境参数时的室内温度、烟气层界面高度变化曲线。（5）采用所开发的程序演示了三个不同起火房间的升温曲线,包括燃料和通风控制型。结果表明,升温曲线的形状与多个参数有关,包括火源功率模型、羽流模型、空间参数、开口因子、补风条件、壁面热物性等。本文所开发的程序可以推广应用到建筑设计阶段,计算结果可作为结构抗火的输入条件,为分析建筑构件在火灾中的损伤情况提供必要的基础数据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 火灾及其危害
• 1.1.2 火灾对建筑结构的破坏
• 1.1.3 结构抗火设计与研究
• 1.1.4 课题的来源及研究的意义
• 1.2 国内外室内火灾研究现状综述
• 1.2.1 国外数值模拟研究现状
• 1.2.2 国内数值模拟研究现状
• 1.2.3 室内火灾升温曲线研究
• 1.3 本文的主要研究内容和方法
• 第二章 建筑室内火灾发展模型概述
• 2.1 室内火灾发展的一般规律
• 2.1.1 火灾发展主要阶段
• 2.1.2 影响室内火灾温升曲线的主要因素
• 2.2 两种不同燃烧控制形式的火灾
• 2.3 室内火灾荷载和火源热释放速率模型
• 2.3.1 火灾荷载及可燃物分布
• 2.3.2 燃烧速率和有效热释放速率
• 2.3.3 常用火源热释放速率模型
• 2.3.4 本文采取的火源模型
• 2.4 室内火灾中的传热方式
• 2.4.1 热传导
• 2.4.2 热对流
• 2.4.3 热辐射
• 2.5 本章小结
• 第三章 燃料控制燃烧下的起火房间双区域模拟
• 3.1 区域模拟基本理论
• 3.1.1 区域模拟原理
• 3.1.2 双区域模拟基本控制方程组
• 3.2 基本分析方法
• 3.3 区域模拟数学模型的建立
• 3.3.1 羽流
• 3.3.2 通风口流动伴随的质量能量交换
• 3.3.3 壁面传热与构件内部温度场分析
• 3.3.4 守恒方程的建立
• 3.4 区域模拟数值计算方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 通风控制燃烧下的起火房间单区域模拟
• 4.1 基本分析方法
• 4.2 源项的求解
• 4.2.1 通风口流动
• 4.2.2 壁面传热与构件内部温度场分析
• 4.3 数值计算方法
• 4.4 本章小结
• 第五章 室内火灾区域模拟计算程序开发
• 5.1 软件开发平台及编程方法
• 5.1.1 开发平台Delphi简介
• 5.1.2 Delphi 7集成开发环境的组成
• 5.2 程序设计与程序功能
• 5.2.1 程序功能概况
• 5.2.2 程序模块与计算流程图
• 5.2.3 程序界面结构设计及选项功能
• 5.2.4 程序使用介绍
• 5.3 室内升温曲线演示
• 5.3.1 演示示例1
• 5.3.2 演示示例2
• 5.3.3 演示示例3
• 5.3.4 室内升温曲线模拟结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文的主要工作和贡献
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目