煙氣中性面的理論模型及實驗研究.pdf

1、開口是建筑與外界環(huán)境進(jìn)行能量與質(zhì)量交換的主要渠道，而中性面則是開口內(nèi)外的煙氣流動主要影響因素。中性面作用下的開口流動一方面決定著火房間內(nèi)的火災(zāi)發(fā)展，另一方面又是煙氣流出著火房間，在建筑內(nèi)大面積蔓延的主要原因。因此，研究中性面對于建筑火災(zāi)煙氣防控具有重要意義。
　　 本文通過理論分析、實驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，圍繞煙氣中性面的基礎(chǔ)問題開展了以下幾個方面的研究：火災(zāi)實驗?zāi)M火源的燃燒特性和穩(wěn)定性；煙氣層分界面計算方法；考慮溫度和開

2、口寬度分布的豎井中性面計算模型；有排煙倉室的開口中性面計算理論模型和溢流抑止條件等。論文的具體工作包括：
　　 研究了池火火源燃燒特性以及水浴保護(hù)下的穩(wěn)定性。通過實驗發(fā)現(xiàn)，汽油池火的輻射熱反饋量占總反饋量的84.6，甲醇為3l.9％。因此，汽油的燃燒速率對火焰擾動更敏感。有水浴時池火燃燒速率更穩(wěn)定，但均值有不超過10%的降低。因而，為了得到更穩(wěn)定的火源功率時，在火災(zāi)實驗時宜對池火火源進(jìn)行水浴保護(hù)。
　　 發(fā)展了一種新的煙

3、氣層分界面計算方法。該方法基于客觀溫度數(shù)據(jù)，通過比較不同溫度閾值下的類內(nèi)方差和類內(nèi)積分比，在有效摒除閾值選定過程人為主觀性和經(jīng)驗性的同時，保證了分界閾值的最優(yōu)化。試驗表明，該方法基本消除了溫度振蕩對煙氣層計算的不利影響。在煙氣層溫度較低、溫度梯度較小的狀況下，該方法仍可合理有效的計算整個火災(zāi)過程的煙氣層高度變化，為區(qū)域模型分區(qū)提供了比其他方法更為接近真實的分界面位置。
　　 研究了豎井內(nèi)溫度衰減原因，建立了考慮溫度以及開口寬度分

4、布的中性面計算模型。根據(jù)管道內(nèi)部流動下的傳熱計算方程對豎井的壁面熱損進(jìn)行了量級分析，認(rèn)為在煙氣運動時間較長的豎井內(nèi)，壁面熱損的影響應(yīng)當(dāng)考慮，并得到了指數(shù)規(guī)律分布的豎井內(nèi)溫度計算式。在此基礎(chǔ)上，還發(fā)展了一種考慮豎井中性面下部低溫空氣卷入對豎井內(nèi)溫度衰減影響的迭代算法。建立了一個考慮開口寬度分布、豎井內(nèi)溫度分布以及項部開口大小的豎井中性面計算通用連續(xù)模型，并通過1/8小尺寸實驗檢驗發(fā)現(xiàn)，該模型的中性面高度計算結(jié)果和實驗結(jié)果相比偏差較小，一般

5、都在5%之內(nèi)，優(yōu)于已有的其他模型。
　　 研究了排煙作用下倉室開口中性面計算模型及溢流抑止臨界條件。建立了排煙倉室煙氣中性面計算的區(qū)域模型和連續(xù)模型，得到了溢流抑止臨界排煙流量以及開口處氣體流量的計算式。通過數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)室內(nèi)溫度主要受火源功率的影響。排煙量、開口寬度，火源功率對開口處流動狀態(tài)有著重要影響，是影響溢流抑止條件的重要參數(shù)。通過全尺寸實驗研究發(fā)現(xiàn)：在排煙倉室火災(zāi)條件下，200s左右室內(nèi)溫度基本穩(wěn)定，煙氣沉降到地面。