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多功能高层建筑火灾烟流运动特性预测研究

胡洋  
【摘要】: 建筑物火灾烟气流动性状预测系统在前辈们不懈的努力之下逐渐趋于完善。在解决了软件的收敛性问题之后,模型的计算节点目前将近达到一百个。送排风系统的优化以及和疏散软件的结合已基本完成了软件在推向市场前的最后包装,软件已经发展到相当成熟的地步。 烟流软件本身已相对成熟,但其仍然只是单一的网络模型,网络模型本身的各种假设会使其应用范围受到很大的限制。主要假设为视所有控制体为一节点和烟气与空气瞬态混合,当所有控制体体积相差不大时,这种假设所造成的误差可以忽略,但目前的城市建筑逐渐趋向高层多室、功能繁杂,内部控制体的体积相差甚远,如某些多功能厅和会议室与客房体积相差几十到上百倍,这时如果仍然假设烟气的运动特性全部相同,计算结果就会出现严重误差,不能正确反映火灾时的全部特征。针对这种情况,在模拟复杂空间的火灾过程时,对包含火源的受限空间和有特殊要求的空间应用场模型,给出状态参数的空间分布及其随时间的变化;对相邻的区域采用区域模型,构造出控制体的状态参量和高度变化的定解问题;最后,对于远离火源的受限空间,视为一个网络节点,应用网模型,计算节点状态参数随时间的变化。计算时,各模型的计算结果可互为边界条件。这样就能充分发挥不同模型的功能,计算出火灾时所有关键参数,又避免了单独使用场模型计算代价高的缺点,使经济性和实用性达到最高,以此建立场-区-网模型的连接平台,开发复合模型软件运行平台。 对于场-网复合模拟,可以事先通过场模拟和网络模拟得到场、网接口空间的压力分布,将接口面积划分为有利于计算的多个区域,一般选择竖直分布的水平横条,求解每个区域的压力差,再通过计算和汇总,可以得到接口处的质量流量和能量流量。模拟实例采用FLUENT场模拟软件,对着火室进行场模拟,研究参数的具体分布。计算可得到着火室开口面上各网格的速度值和温度值,由此计算出着火室开口的流动特性,作为下一步其他房间网络模拟的边界条件。最后将网络模拟得到的大空间开口处的计算结果,作为其场模拟边界条件,研究大空间节点在火灾时的参数分布。最后,通过对一塔楼的实体实验,验证对控制体相差较大的建筑采用复合模型模拟的效果,得出在模拟多室异体建筑火灾时,采用场模拟软件及烟流网络模型对建筑火灾进行复合模拟具有理论上的可行性,模拟结果基本符合烟气运动扩散机理,复合模型的研究具有广泛的前途。 对流换热是火灾中重要传热方式,但其设定值目前尚未确定。本文分析采用FLUENT计算软件对包括所有传热过程的整个火灾过程进行数值模拟计算,求得整个火场空间内部的温度分布以及任意点的温度,再利用对流换热方程便可求得任意点的局部表面换热系数。


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