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高层建筑窗口喷出火焰竖向蔓延的抑制研究

苏朗  
【摘要】: 高层建筑室内发生火灾时,高温火焰通常会破坏窗子,通过外墙窗口向外喷出,这样极有可能造成火灾逐层蔓延。因此,对高层建筑窗口喷出火焰竖向蔓延规律和抑制措施进行研究具有十分重要的意义。研究人员对窗口喷出火焰竖向蔓延进行了大量小规模的实验研究和一些数值模拟研究,但对有阳台存在的情况,有关火焰和烟气的蔓延速度以及建筑物内的CO浓度变化情况的研究仍需进一步完善;另外采用新型绿色灭火技术一细水雾水幕阻挡窗口喷出火焰竖向蔓延方面的研究还很少,需要进行深入研究。本文采用全尺寸数值模拟研究阳台/细水雾水幕对火焰和热烟气竖向蔓延的抑制。主要工作和结论如下: (1)本文采用计算流体动力学软件FDS对阳台/细水雾水幕与窗口喷出火焰的作用过程进行数值模拟研究。湍流采用大涡模拟技术,燃烧反应采用混合分数模型,热烟气的辐射性质应用灰体辐射假设,雾滴的吸收和散射系数根据Mie理论计算,细水雾粒子和火焰之间的两相作用采用欧拉-拉格朗日法描述。在数值求解方面,FDS对空间变量采用二阶有限差分离散,对时间变量采用显式预测-修正格式离散,对poisson方程形式的压力微分方程采用傅立叶变换法直接求解。 (2)数值模拟了无阳台和细水雾水幕情况下窗口喷出火焰和热烟气的蔓延过程,对火焰和热烟气从窗口中喷出机理进行研究,获得了建筑内外空间的温度、CO浓度分布,并指出了相应的火灾危害特点。 (3)对阳台与窗口喷出火焰相互作用过程进行数值模拟,得到不同阳台深度和阳台形式下建筑内外空间的温度场、速度场、CO浓度场变化情况,分析阳台深度和形式对阻火防烟效果的影响,得到该条件下阳台的阻火防烟机理。模拟结果表明增加阳台深度可有效提高阳台阻火防烟效果,开敞式凸阳台的阻火防烟效果最好。 (4)数值模拟了细水雾水幕与窗口喷出火焰的相互作用过程,通过改变细水雾水幕的雾滴粒径、喷头的操作压力以及水幕与竖直而的夹角,考察不同因素对水幕阻火降温效果的影响,分析不同情况下建筑内外空间的温度场、速度场、水蒸气浓度场变化情况,获得该条件下细水雾水幕的阻火降温机理。发现细水雾雾滴粒径对阻火效果的影响为抛物线形式,阻火系统存在临界压力,水幕倾角对不同粒径的雾滴阻火效果影响差别很大。


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