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《重庆大学》 2002年
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中庭火灾烟气流动与烟气控制研究

刘方  
【摘要】: 中庭建筑形式的出现,是对传统建筑物防火设计中的水平分区和垂直分隔的挑战。中庭建筑烟气控制研究是当今消防领域的热门课题。 本文综述了中庭烟气流动与烟气控制研究现状;介绍了国外中庭烟气控制系统设计方法;分析了美国国家消防协会制定的中庭烟气控制系统设计指南(NFPA92B)和我国现行《高层民用建筑防火设计规范》中有关中庭烟气控制系统设计的规定。采用模型实验和计算机模拟相结合的方法,对中庭火灾烟气流动及其影响因素进行了研究。主要包括以下几个方面内容: 通过分析我国中庭空间几何形状的实地统计调查结果,提出根据形状系数的大小对中庭进行分类。 运用量纲分析和相似性原理分析了中庭火灾烟气流动模型实验的相似准则及其物理意义,分析了相似模型的可行性和适用条件。以香港理工大学和中国科技大学合建的实体中庭为原型,按1/8比例建造了中庭火灾相似模型实验台,开展了烟气填充和机械排烟相似模型实验。模型实验结果与实体实验结果进行了比较,验证了相似模型律,表明采用弗诺德模型研究中庭初期火灾烟气流动是可行的、合理的。 相似模型实验结果表明:烟气自然填充过程中,存在烟气分层现象,但没有明显的分界面;烟气自然填充速度快、温升低,中庭火灾的危险性在于烟气的毒性和遮光性。机械排烟有利于减缓烟气层下降,形成稳定的烟气分层,火源放热量与排烟量是影响烟气层高度的重要因素。得到了适用于瘦高型中庭的稳态火灾烟气填充方程,以及反映受限烟羽特点的烟羽质量流量方程。 建立了中庭火灾烟气运动数学物理模型。采用浮升力作用下火灾烟气紊流流动场模型,引入辐射换热模型,将着火区域处理为体积热源。在通用CFD程序基础上,二次开发了中庭火灾烟气流动应用程序。模型实验验证了数学模型与应用程序的合理性与可信性。 利用中庭火灾烟气流动应用程序,分析了着火位置、火灾荷载和中庭形状等因素对烟气层发展的影响。进行了中庭自然排烟和机械排烟的数值模拟分析。讨论了火源放热量、排烟口面积以及中庭形状对自然排烟的影响;分析了火灾荷载、排烟量、排烟口个数、中庭形状、补风量对机械排烟系统效果的影响。为中庭烟气控制系统的工程设计提供了指导。 探讨了中庭烟气控制系统性能化设计方法。以大型商场中庭的烟气控制系统 重庆大学博十学位论文 安全评估为例,说明了中庭烟气控制系统性能化设计方法与过程,展示了课题研 究的工程应用前景。为中庭烟气控制系统性能化设计提供了基础数据与计算工具。 本文探讨了图像分析技术确定烟气层分界面的方法,并开发了相应的计算机 程序。
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