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高层建筑楼梯间及电梯井火灾烟气运动与控制数值模拟

朱耀杰  
【摘要】: 经济建设的迅速发展和城市建设步伐的加快,促进了高层建筑数量和规模的迅速扩大。在高层建筑的设计中,如果对防火设计缺乏考虑或考虑不周全,一旦发生火灾,会造成严重的人员伤亡事故和经济损失。随着高层建筑高度的增加和容纳人数的增多,利用楼梯疏散会产生耗用时间加长,易拥堵等诸多弊端,因此专家学者已开始对火灾初期利用电梯疏散人员的可行性进行研究。但是火灾发生后,作为人员逃生的竖向疏散通道如果遭受烟气侵害,不仅对人员的逃生不利,而且会加快烟气向其他楼层的蔓延。因此,研究楼梯间及电梯井中烟气运动规律及其控制具有重要的实际意义。 楼梯间及电梯井烟气运动复杂多变,因此作为人员的逃生通道需要建立详细的物理量时空分布场模型,进行精确、可靠地数值模拟,确保精细地再现火灾现象,因此,本文选用目前国际上公认的最为可靠的模拟火灾产生的烟雾流动的计算流体动力学软件FDS进行模拟。 本文在分析楼梯间及电梯井的烟气运动影响因素的基础上,结合烟囱效应机理和电梯运动活塞效应原理,建立了典型竖向疏散通道的物理模型,并进行数值模拟,得出烟气在楼梯间及电梯井中的运动特性。研究表明:由于烟囱效应的作用,电梯井中的烟气充填迅速,上升速度较快,最高可达3.3m/s;楼梯间的烟气由于受到楼梯的影响,运动状况较为复杂,上升较慢。不同室内外温差、火源位置、室外风等因素会对高层建筑中的压力分布,烟气运动速度产生不同程度的影响。电梯不同运行状态对烟气运动影响的动态数值模拟,是本文的创新之处,电梯运动使得前室与建筑空间之间的压力差呈现先升后降的趋势,电梯向下运动一定程度上可以减缓烟气的扩散,而电梯向上运动会加速烟气通过前室向其它楼层地扩散。 通过分析机械加压送风系统的方式、送风量及影响因素,对机械加压送风系统的几种方式进行了计算机模拟。研究表明:仅对楼梯间或前室加压送风,会使得一部分烟气进入楼梯间和电梯井,并且烟气的运动会对机械加压送风效果产生影响,对人员疏散不利;对楼梯间和合用前室分别进行加压送风效果较好,能够满足疏散要求。 本文的研究结论可以为高层建筑防火设计提供一定的技术支持。


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