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水平开口受限空间火灾热烟气流动研究
作 者: 翟胜兵
导 师: 董惠
学 校: 哈尔滨工程大学
专 业: 热能工程
关键词: 水平开口 浮力流 小尺寸实验 FDS
分类号: X928.7
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 16次
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内容摘要
建筑物发生火灾时,起火房间与外部环境之间的气体交换对火灾发展具有重要影响,而房间壁面的开口是热烟气和冷空气的交换通道。建筑物的开口通常分为水平开口和竖直开口两类。人们对于竖直开口房间火灾研究的比较多,也比较成熟,而对于水平开口的研究非常少。烟气流过水平开口时不仅有压力作用还有浮力作用,其复杂的流动机理有待进一步研究。本文介绍了目前对水平开口受限空间火灾的研究现状,总结了水平开口受限空间的研究方法。并且给出了竖直开口流动模型及部分水平开口流动模型,指出了两种开口处流动区别。影响水平开口处流动的主要因素有:开口处上下方的压力差,开口处上下方的温度差和开口的高宽比。本文旨在研究水平开口处的浮力流,不研究压力差的影响。本文用FDS场模拟软件模拟了水平开口处的三种流动情形,一种是用油池火作火源,一种是用加热器模拟火源,最后一种直接给定上下空间的温度。第一种情形模拟出水平开口瞬时单向流动,开口处的温度和流量在一段时间后呈稳定振荡特性,振荡频率随火源热释放速率的减小而减小。第二种情况结果表明开口处只会出现双向流动,开口处的流量及温度随时间振荡,但振荡并不稳定。第三种情形模拟了水平开口纯浮力流动,结果得出水平开口处的流动是高瞬态流动且不稳定的,开口处的温度和流量呈间歇性振荡特性。模拟结果与前人研究结果吻合。本文用两个小尺寸水平开口箱体对水平开口房间火灾问题进行了实验研究,箱体分别为长方体箱体和正方体箱体,结果得出油池火在水平开口箱体内燃烧的火焰高度比自由燃烧时稍高,而且会出现一种层状火焰,与自由燃烧时相比火焰燃烧的时间随开口的减小而增加。在长方体箱体实验中,油池在边角时比在正中时更不易燃烧,但能更好的形成烟气层,箱体内温度随高度增加而增加,而正方体箱体内温度却不随高度增加而增加,经分析可能是由于正方体箱体的封闭性不严导致的。两组实验中开口处的温度都随时间振荡,表明开口处烟气流动的不稳定性。本文研究结果可以为水平开口受限空间火灾的研究提供一定的参考,对了解烟气流过水平开口的特性有实际意义。
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全文目录
摘要 5-6Abstract 6-10第1章 绪论 10-17 1.1 引言 10-11 1.2 国内外研究现状 11-14 1.3 研究方法 14-15 1.4 本文研究的主要内容 15-17第2章 水平开口受限空间流动模型 17-30 2.1 竖直开口流动模型 17-19 2.2 水平开口流动模型 19-27 2.2.1 标准流动模型 20-22 2.2.2 水平开口纯浮力流 22-23 2.2.3 纯压力流 23-24 2.2.4 水平开口溢出流 24-25 2.2.5 水平开口浮力与压力相结合的流动 25-27 2.3 水平开口瞬时单向流 27 2.4 L/D比较小时的流量计算公式修正 27-29 2.5 本章小结 29-30第3章 水平开口受限空间火灾数值模拟 30-50 3.1 LES模型 30-32 3.1.1 FDS简介 30 3.1.2 湍流 30-31 3.1.3 大涡模拟 31-32 3.2 模型建立 32-35 3.2.1 物理模型 32-33 3.2.2 网格划分 33-34 3.2.3 边界条件 34-35 3.3 结果与讨论 35-49 3.4 本章小结 49-50第4章 小尺寸水平开口箱体实验研究 50-62 4.1 实验准备 50-52 4.2 实验过程 52-54 4.3 实验结果与讨论 54-61 4.3.1 实验现象及分析 54-56 4.3.2 实验结果及分析 56-61 4.4 本章小结 61-62结论 62-64参考文献 64-68攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 68-69致谢 69
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