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高层建筑火灾中楼梯间正压通风CFD模拟研究

作　者: 冯霄
导　师: 贾进章
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 安全管理工程
关键词: 高层建筑烟气楼梯间正压通风数值模拟
分类号: TU972.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

高层建筑发生火灾时,楼梯间将成为主要的垂直疏散通道。正压通风技术是楼梯间烟气控制的最新技术。楼梯间正压通风是否得当,将直接影响到火灾中楼内人员的逃生和消防人员的救援。本文分析了影响高层建筑烟气蔓延流动的因素,包括烟囱效应、浮力、热膨胀、自然风、空调系统以及电梯活塞效应等,探讨了现有的烟气控制措施的原理和方法。在国外实体实验的基础上,采用成熟的火灾模拟软件FDS评估高层建筑火灾中楼梯间正压通风的性能。参考楼梯间正压通风的实体实验,使用FDS辅助建模软件Pyrosim建立了楼梯间和起火楼层的3D模型,通过改变火源参数,得到楼梯间受烟气侵害后的虚拟环境。在此基础上,设置了四种正压通风方式,通过进行一系列的FDS实验,来分析四种正压通风方式的有效性,比较得出最佳的正压通风方式。目前国内还没有对高层建筑正压通风技术进行过较为系统全面的研究。本文在国外现场实验的基础上,通过计算机模拟,对高层正压通风技术的相关因素进行了研究和探讨,验证了高层建筑楼梯间正压通风的有效性,并得到了最佳的通风方式,对在中国实施高层建筑正压通风技术具有一定的指导意义。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-12
1. 绪论  12-22
  1.1 研究背景及意义  12-14
  1.2 高层建筑发展状况与火灾事故  14-16
    1.2.1 高层建筑的定义  14
    1.2.2 中国高层建筑发展状况  14-15
    1.2.3 高层建筑火灾事故统计  15
    1.2.4 高层建筑火灾的特点  15-16
  1.3 建筑火灾烟气  16-18
    1.3.1 建筑火灾烟气的危害  16-17
    1.3.2 高层建筑火灾烟气危害的统计数据与案例  17-18
  1.4 正压通风技术的发展历史与研究现状  18-20
    1.4.1 正压通风技术的发展历史  18
    1.4.2 正压通风技术的研究现状  18-20
    1.4.3 正压通风在高层建筑中的应用  20
  1.5 本论文的研究内容和研究方法  20-22
    1.5.1 研究内容  20-21
    1.5.2 研究方法  21-22
2. 正压通风技术的研究基础  22-36
  2.1 烟气在楼梯间运动的影响因素  22-27
    2.1.1 烟囱效应  22-24
    2.1.2 浮力  24
    2.1.3 热膨胀  24-25
    2.1.4 自然风  25-27
    2.1.5 空调系统  27
    2.1.6 电梯活塞效应  27
  2.2 现有的烟气控制系统  27-36
    2.2.1 自然式烟控系统  28-30
    2.2.2 机械式烟控系统  30-36
3. 火灾模拟的CFD 理论基础  36-40
  3.1 计算流体力学简介  36
  3.2 火灾模拟所使用的控制方程  36-37
  3.3 火灾模拟软件FDS 与Pyrosim  37-39
    3.3.1 火灾模拟软件FDS  37-38
    3.3.2 Pyrosim 介绍  38-39
  3.4 火灾模拟的流程  39-40
4. 楼梯间模型建立与火灾烟气扩散模拟  40-52
  4.1 楼梯间正压通风的实体实验简述  40-43
    4.1.1 火灾荷载  41
    4.1.2 风机配置  41-42
    4.1.3 测试仪器布置  42-43
  4.2 楼梯间模型构建与参数设置  43-46
    4.2.1 楼梯间模型构建  43-45
    4.2.2 网格划分  45
    4.2.3 假设条件与边界参数设置  45-46
    4.2.4 火源和起火空间  46
  4.3 自然状态下的火灾烟气扩散模拟  46-51
    4.3.1 火灾烟气在楼梯间的流动过程  46-47
    4.3.2 楼梯间一氧化碳的浓度分布  47-48
    4.3.3 楼梯间的气体温度分布  48-49
    4.3.4 楼梯间的气体流动速度  49-50
    4.3.5 楼梯间的气体压力分布  50-51
    4.3.6 测点处的一氧化碳浓度变化曲线  51
  4.4 实验结果分析  51-52
5. 楼梯间正压通风效果模拟  52-76
  5.1 正压通风方式1 的性能模拟  54-59
    5.1.1 火灾烟气在楼梯间的流动过程  54-55
    5.1.2 楼梯间一氧化碳的浓度分布  55-56
    5.1.3 楼梯间的气体温度分布  56-57
    5.1.4 楼梯间的气体流动速度  57-58
    5.1.5 楼梯间的气体压力分布  58-59
    5.1.6 测点处的一氧化碳浓度变化曲线  59
  5.2 正压通风方式2 的性能模拟  59-64
    5.2.1 火灾烟气在楼梯间的流动过程  59-60
    5.2.2 楼梯间一氧化碳的浓度分布  60-61
    5.2.3 楼梯间的气体温度分布  61-62
    5.2.4 楼梯间的气体流动速度  62-63
    5.2.5 楼梯间的气体压力分布  63-64
    5.2.6 测点处的一氧化碳浓度变化曲线  64
  5.3 正压通风方式3 的性能模拟  64-69
    5.3.1 火灾烟气在楼梯间的流动过程  64-65
    5.3.2 楼梯间一氧化碳的浓度分布  65-66
    5.3.3 楼梯间的气体温度分布  66-67
    5.3.4 楼梯间的气体流动速度  67-68
    5.3.5 楼梯间的气体压力分布  68-69
    5.3.6 测点处的一氧化碳浓度变化曲线  69
  5.4 正压通风方式4 的性能模拟  69-74
    5.4.1 火灾烟气在楼梯间的流动过程  69-70
    5.4.2 楼梯间一氧化碳的浓度分布  70-71
    5.4.3 楼梯间的气体温度分布  71-72
    5.4.4 楼梯间的气体流动速度  72-73
    5.4.5 楼梯间的气体压力分布  73-74
    5.4.6 测点处的一氧化碳浓度变化曲线  74
  5.5 模拟结果分析  74-76
6. 结论和展望  76-78
  6.1 研究结论  76-77
  6.2 研究展望  77-78
参考文献  78-81
作者简历  81-83
  一、基本情况  81
  二、在学期间所获的科研奖励  81
  三、在学期间发表的学术论文  81-83
学位论文数据集  83-84

高层建筑火灾中楼梯间正压通风CFD模拟研究

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