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采用FDS模拟软件对高层建筑火灾进行了火灾模拟
时间:2011-07-21 浏览次数:1791次 无忧论文网
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关键词:高层建筑火灾 烟气 FDS 模拟 自然排烟 建筑工程管理论文 代写论文  中国论文 职称论文

摘要: 建立了一个简化的高层建筑模型,采用FDS模拟软件对高层建筑火灾进行了火灾模拟,得出了烟气蔓延速度、温度、CO(一氧化碳)浓度以及能见度的变化规律,为高层建筑火灾烟气的代写毕业论文有效控制、人员疏散、火灾扑救提供了一定的理论依据。
关键词: 高层建筑火灾; 烟气 FDS; 模拟; 自然排烟;建筑工程管理论文;代写论文

 

1.概述
20世纪80年代以来,国际上关于建筑防排烟理论,即火灾烟气流动与控制的研究主要采用两种方法:一是开展火灾烟流试验,即通过试 验来分析、认识、掌握火灾烟流规律及其控制原理。如20世纪80年代初加拿大国家研究院建造了世界上首座高层建筑火灾试验塔,主要进行高层建筑的机械防排 烟的研究。二是采用计算机模拟的研究方法。20世纪90年代前西方国家主要以火灾烟流试验为主,但由于试验经费及环境污染问题,自90年代后主要采用计算机模拟的研究方法。
图1建筑模型立方体图
FDS(Fire Dynamics Simulator)是美国国家技术标准局(NIST: National Institute of Standards and Technology)建筑火灾实验室(Building and Fire Research Laboratory)开发的基于场模拟的火灾模拟软件,该软件采用先进的大涡模拟技术,得到众多实例验证,在火灾安全工程领域应用广泛。场模拟也称物理 模拟,是基于火灾过程的质量、动量、能量和化学反应诸方面基本方程的一种高层次的复杂模拟。

 

2.模型设计
本文建立的建筑模型为一办公楼的物理模型,该办公楼为通廊式建筑,由楼梯间、前室、房间、走廊等几部分组成。为了清晰表达该模型的建筑结构,本文隐去了走廊另一侧的所有房间。
在该建筑楼梯间第4层、5层、7层、8层均设置了排烟窗口,各排烟窗口面积均为1.44 m2。内走道面积为16×3=48 m2,在走廊靠外墙一端的墙面上设置一对外排烟口,可开启面积为1.44 m2。

 

3.火灾场景的设计
本文主要是对无防烟情况下高层建筑火灾烟气流动蔓延进行模拟,以找出高层建筑火灾烟气的蔓延规律,具体场景设计如下。
着火部位在建筑底层距楼梯间与前室最远处的一房间中心处,着火物质为木柴,火源热释放速率3MW。假定着火房间的房门、走廊的排烟口开启,走廊通向前室的门、前室通向楼梯间的门均打开,起火层内的其他房间门均关闭。

 

4.模拟结果及分析
4.1 火灾烟气的流动速度
(1)火灾烟气在走廊内的流动速度。图2给出了60 s、120 s、180 s时走廊顶部烟气流动速度变化曲线,除着火房间烟气出口处烟气速度变化较大外,其它各处速度基本相同,一般为0•5~1•2 m/s左右。

(2)火灾烟气在楼梯间内的流动速度。图3给出了120 s、150 s、180 s时楼梯间中心处烟气流动速度变化曲线图,烟气流动速度随时间变化不大,随着烟气的上升,烟气流动速度也稍有加快,烟气在垂直方向上的流动速度一般为 2~5 m/s左右,远远大于其在走廊水平方向流动的速度,这说明高层建筑楼梯间内存在的烟囱效应对火灾烟气流动的影响。

 

4.2 火灾烟气的温度变化及分布
(1)火灾烟气在着火房间内的温度变化。图4给出了60 s时着火房间0•8 m、1•6 m、2.4 m高度处温度变化曲线。此时,即使在0.8 m高度处的温度也达到了260℃左右,如果不能迅速逃离着火房间,人就会很快窒息死亡。图5为60 s时着火房间平面温度的模拟结果,由图可以看出房间的温度分布:在同一水平距离,高度越高,温度越高,顶棚处气温最高;在同一高度上,离开燃烧中心越远, 气温越低,在燃烧中心部位温度最高。

(2)火灾烟气在走廊内的温度变化。人在呼吸处的温度一般不宜超过149℃,所以人员疏散时应尽量弯腰或匍匐前进,以防止高温烟气的危害。

(3)火灾烟气在楼梯间内的温度变化。楼梯间的温度分布如图7所示,从图中可以看出,当火灾发生180 s时,1、2层楼梯间内的温度达到了100℃左右,3、4层的温度达到了80~90℃左右,这时楼梯间的温度虽然不是太高,但加上有毒气体、能见度的影 响,人在楼梯间内也很难疏散。

 

4.3 火灾烟气光学浓度的变化及分布
(1)火灾烟气在着火房间内的光学浓度变化。图8给出了着火房间60 s时0.8 m、1.6 m、2.4 m高度处烟气光学浓度变化曲线,图9给出了着火房间0.8 m高度处60 s、120 s、180 s时烟气光学浓度变化曲线,60 s、120 s、180 s时平均光学浓度分别为4 m-1、10 m-1、14 m-1,这说明光学浓度随着时间、高度的增加而不断增大,能见度则越来越低。在火灾发生60 s时,0.8 m处的能见距离也只有1 m左右,此时受困人员只能弯腰或匍匐前进,否则随着时间的延迟,能见度更低,受困人员将很难逃出着火房间。

(2)火灾烟气在走廊内的光学浓度变化。图10给出了走廊60 s时0.8 m、1.6 m、2.4 m高度处光学浓度变化曲线,图11给出了走廊0.8 m高度处60 s、120 s、180 s时烟气光学浓度变化曲线,60 s、120 s、180 s时平均光学浓度分别为3 m-1、6.5 m-1、9.5 m-1左右,对应的能见距离分别为1.0、0.5 m、0.3 m左右,这已经远远低于人们安全疏散的能见距离(不熟悉环境,能见距离为30 m;熟悉环境,能见距离为5 m),人们处于这样的环境中已难以辨别方向,不利于逃生。图12为不同时刻走廊平面光学浓度模拟结果。

(3)火灾烟气在楼梯间内的光学浓度变化。楼梯间内的光学浓度分布如图13所示,从图中可以看出,当火灾发生180 s时,着火层及以上的6个楼层都充满了烟气,其光学浓度为6 m-1左右,楼梯间内的能见距离只有0.5 m左右,在这样的环境中,受困人员是很难逃出火场的。

 

4.4 火灾烟气中CO浓度的变化及分布
(1)火灾烟气在着火房间内的CO浓度变化。图14给出了着火房间60 s时0.8 m、1.6 m、2.4 m高度处烟气CO浓度变化曲线,图15给出了着火房间0.8 m高度处60 s、120 s、180 s时烟气CO浓度变化曲线,60 s、120 s、180 s时CO的平均浓度分别为2•3×10-3、3•25×10-3、4•0×10-3,其浓度值均已超出人能够忍受的极限值,甚至达到了短时致命中毒、死亡 的浓度值人在这样的环 论文由无忧论文网www.51lunwen.net整理提供(仅供参考),如需转载,请注明出处。

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