水幕对凹型建筑外立面火蔓延抑制模拟研究

为探究水幕对凹型建筑外立面火蔓延的抑制作用,以外立面保温材料挤塑聚苯乙烯(Extruded Polystyrene, XPS)为研究对象,采用FDS模拟软件建立抑制凹型建筑外立面火蔓延模型,研究不同喷水强度、外加辐射热强度和结构因子下,XPS火蔓延至顶部所需时间、XPS表面温度和厚度等参数变化情况。结果表明:结构因子和外加辐射热强度与XPS表面温度呈正相关,与火蔓延至顶部所需时间呈负相关;当结构因子大于1.0时,烟囱效应对外立面火蔓延的影响存在极限;改变喷水强度可有效抑制凹型建筑外立面火蔓延;结构因子为0.4、0.8和1.2时,临界喷水强度分别为106 L/(min·m)、735 L/(min·m)和912 L/(min·m)。

基于正交试验的隧道水幕排烟系统优化研究

为了探究水幕排烟系统对隧道火蔓延的抑制规律,并对其参数进行优化。研究采用正交试验的方法,选取水幕流量、液滴粒径、排烟风量、风速为试验因素,设计三水平四因素正交实验方案。利用FDS对隧道火灾进行数值模拟,得到各因素对排烟效果的影响次序及最优组合。结果表明,液滴粒径对隧道火灾温度和能见度影响最大,排烟风量对隧道火灾中CO浓度影响最大。最优参数组合为水幕流量160L/min、液滴粒径200μm、排烟风量26m^(3)/s、风速6 m/s。此时,排烟效果明显提高,隧道火灾烟气的蔓延能够得到有效抑制。

试样宽度对RPU板竖向逆流火蔓延的影响

以2cm厚硬质聚氨酯(RPU)保温板为研究对象,实验研究了试样宽度对竖向逆流燃烧蔓延过程中火焰高度、脉动频率、火焰温度及蔓延速度等特征参量的影响.结果表明,宽度一定时相关特征参量不随时间变化,随着宽度的增加,燃烧程度逐渐加剧,火焰脉动频率先增大后减小,平均火焰高度与火蔓延速度的变化趋势基本一致,均表现为先增大后减小,最终趋于不变,而气相火焰最高温度基本保持不变.

挑檐抑制PMMA竖直火蔓延数值模拟研究

应用FDS数值模拟软件,建立PMMA竖直火蔓延模型,通过改变防火挑檐长度和宽度,设计一系列工况,对比分析挑檐长度、宽度以及宽长比对竖直火蔓延的影响。结果表明当挑檐长度为临界值时,随宽度的增加,挑檐上方壁面温度与热释放速率均逐渐降低;挑檐宽度为临界值时,随长度的增加,挑檐上方壁面温度与热释放速率逐渐降低;挑檐长度较长时,有效阻火的挑檐宽度随长度的增加而逐渐减小,最后固定不变,最终建立了防火挑檐的临界点与热释放速率的无量纲模型。

基于正交试验的隧道火灾影响因素研究

为了探究通风风速、火源位置和火源功率等因素对隧道火灾的影响,通过正交试验法对隧道火灾工况进行设计,并利用FDS进行数值模拟。将模拟结果中的温度、CO浓度和能见度作为分析指标,研究3种因素对隧道火灾的影响效果。结果表明:隧道内烟气温度和能见度是影响人员疏散的重要因素,其中最危险的火灾工况为通风风速为2 m/s、火源功率为10 MW以及火源位置偏移3.5 m。此外,各因素间的相互作用能够导致相似的后果。正交试验分析发现各因素对隧道火灾的影响顺序依次为通风风速、火源功率、火源位置。

均直巷道通风能量耗散机理

为了深化对风流能量耗散的认识,基于流体力学相关原理,以均直巷道内稳定流动的风流为研究对象,首先分析了巷道风流分别为层流和湍流时的能量耗散,并指出了两者的异同,然后分析了平板间流体和圆筒壁间流体能量耗散,找到了无旋流动和有旋流动的本质,最后从细观角度对巷道风流层流流动和湍流流动(通风)的能量耗散产生原因及形成机理进行了分析,建立了巷道各项参数与通风能量耗散间的关系,特别分析了涡在湍流核心区能量耗散中的作用。发现单位长度巷道的层流能量耗散率与平均风速的平方及风流的动力黏度成正比,与巷道半径无关;单位长度巷道的湍流能量耗散率与平均风速的立方、沿程阻力系数、巷道半径及空气密度成正比。不论何种流体运动,从局部来看,其单位体积能量耗散率等于流体动力黏度与剪切速度梯度的平方的乘积。湍流流动与层流流动的本质区别在于,湍流中存在的涡旋使得局部剪切速度梯度增大,能量耗散率随之增大。湍流核心区能量耗散与巷道平均风速的立方成正比关系,是由于涡的初始动能与速度平方成正比,产涡频率与速度成正比。随着巷道壁面粗糙度的增大,层流底层边界上产生的涡的半径、初始动能及湍流核心区能量耗散也随之增大。

水膜预湿行为对典型保温材料燃烧抑制实验研究

为探索喷淋形成水膜的预湿行为对外立面典型保温材料燃烧抑制机理,采用自建水膜预湿抑制保温材料燃烧实验装置,研究外加辐射作用下,水膜流率对聚苯乙烯(PS)保温材料表面出现干斑、变形和熔融的影响规律。结果表明:实验结束时PS材料表面水膜出现干斑、材料发生变形和熔融面积占比均与无量纲辐射强度呈正相关;PS材料表面水膜出现干斑、材料发生变形和熔融的时间随着无量纲辐射强度增大呈先变小后稳定的趋势;实验条件下,PS材料表面水膜出现干斑、材料发生变形和熔融的临界无量纲辐射强度分别为0.0020,0.0026,0.0033。水膜预湿行为会很大程度阻止保温材料的熔融热解燃烧,为灭火救援提供一定的理论参考。

水喷淋对高层建筑外立面火蔓延的抑制作用

水喷淋是抑制高层建筑外立面火蔓延最有效的技术手段之一,探索水喷淋对高层建筑外立面火蔓延抑制机理具有重要意义。采用FDS软件研究喷淋特征参数(喷淋流率、喷淋角度)对建筑外立面温度场、材料厚度变化的影响规律。结果表明,当水喷淋控制流量为9～11L/min左右、水平喷淋角度为70°～110°、竖直喷淋角度为0°～75°时,不仅可以对建筑外立面火蔓延起到足够好的抑制效果,而且更加经济。

挡烟设施对地铁隧道火灾烟气温度的控制

以地铁隧道火灾烟气控制作为研究重点,利用挡烟设施将烟气积聚在一定区域内再集中排出。将细水雾幕与挡烟垂壁及其组合用于积聚地铁隧道火灾烟气,并利用FDS软件模拟得到烟气层温度分布规律。结果表明,挡烟垂壁和细水雾幕都能起到积聚烟气的作用,且细水雾幕能够大幅降低受保护区域内烟气温度,保障人员安全以及设施的完好。利用挡烟垂壁和细水雾幕交替排列的方式有助于降低成本,并可使烟气温度保持在较低水平。但是火源位置会影响烟气在受保护区域内的蔓延路径,导致受保护区域内的烟气温度分布呈现不同的特点。

钢渣基多孔地质聚合物的制备及吸附性能研究

以钢渣为主要原料,水玻璃为激发剂,H_(2)O_(2)为发泡剂,制备多孔地质聚合物材料。采用XRD、FTIR、SEM、BET等对原料及最终试样进行表征,研究钙硅比、激发剂和H_(2)O_(2)掺量对该材料性能的影响。将所制备的多孔地质聚合物用作吸附剂,初步考察该材料对Cu^(2+)的吸附效果。试验表明:当钙硅比为1.0,水玻璃掺量为20.4%(质量分数),发泡剂掺量为4%(质量分数)时,该材料性能良好,总孔隙率86.4%,抗压强度0.5 MPa,体积密度0.408 g/cm^(3),体积吸水率56.31%,钢渣使用率65.85%,比表面积与孔容显著提高。吸附结果显示:该材料对Cu^(2+)吸附效果良好,去除率可达91.44%,平衡吸附量达到15.239 mg/g,吸附过程符合准二级动力学模型。

硼酸对水玻璃基保温材料性能影响研究

水玻璃基保温材料具有轻质、导热系数低的优点,但其耐水性较差的问题亟待改善。将硼酸作为改性剂加入到水玻璃中,采用中温烧结法制备保温材料,通过对样品微观结构的表征和物理性能的测试,以及耐水性浸出试验,研究硼酸对水玻璃基保温材料性能的影响效果。结果表明,硼酸能够调节材料中Si—O四面体的框架结构,有效降低结构中的羟基数量,并抑制溶液中硅酸根离子和钠离子的浸出,提高材料的软化系数和耐水性能。当硼酸质量添加量为1.00%时,软化系数从改性前的0.519增至0.701,增加了35%。同时,硼酸的加入能够使材料内部孔径分布更加均匀,提高材料的抗压强度,但是材料的导热系数和表观密度也会增加。经0.75%(质量分数)硼酸改性后的保温材料导热系数、表观密度和抗压强度分别为0.052 W/(m·K)、128 kg/m^(3)和0.442 MPa,满足保温材料的性能要求。

四硼酸钠改性水玻璃制备保温材料及其性能研究

单一水玻璃发泡制备得到的保温材料具有不燃、质轻及导热系数低的优点,但耐水性较差制约了其实际应用。本文利用四硼酸钠改性水玻璃,采用低温烧结的方式制备得到保温材料。通过对该材料化学结构和物理性能的表征及离子浸出试验,研究四硼酸钠对材料性能的影响效果。结果表明:四硼酸钠能够有效降低材料中—OH的数量,并使Si—O结构更加复杂,从而提高材料的耐水性。当四硼酸钠的添加量为1%(质量分数,下同)时,其对材料中钠离子及硅酸根离子浸出的抑制效果最显著,两者的离子浓度分别降低65.33%和45.02%。当四硼酸钠的添加量为3%时,材料的软化系数可提高84.6%,其抗压强度、导热系数和表观密度分别为0.46 MPa、0.046 W/(m·K)和123.1 kg/m^(3)。

喷淋角度对外立面火蔓延抑制作用的研究

采用FDS软件针对喷淋角度对外立面火抑制作用的影响进行了模拟实验,得到如下结果:在水平喷淋角度为-30°~30°的情况下,竖直喷淋角度为90°~150°时,水喷淋对外立面下部的保护作用强,可将距地面3 m处温度降低320℃;当竖直喷淋角度为15°~150°时,水喷淋对喷淋位置附近的保护作用强,对距地面(6~7)m处外立面温度降低在60℃左右。在竖直喷淋角度为90°~165°的情况下,水平喷淋角度为-30°~30°时,水喷淋对外立面距地面(3~6)m处的保护作用强,最高降温125℃;当水平喷淋角度位于-60°~60°时,对外立面距地面(7~9)m处的保护作用强,降温量在55℃左右。以上结论对消防工程实践具有重要意义。

基于正交实验的抑制竖向材料燃烧参数研究

以竖向可燃材料PMMA为例,采用FDS软件研究正交实验设计下的喷淋特征参数(喷淋流量、喷淋角度)对竖向温度场的影响,运用直观分析法、方差分析法、因素指标分析等方法分析影响规律。实验结果表明,喷淋流量的增大和喷淋角度的增大可以有效抑制材料燃烧;增加喷淋流量所造成的抑制效果,大于增加竖直喷淋角度或水平喷淋角度造成的抑制效果。

钢渣基多孔地质聚合物的性能优化及去除Pb^(2+)效果研究

以钢渣为主要矿物原料制备钢渣基多孔地质聚合物(PGS),采用正交试验对PGS的制备工艺进行优化。通过极差分析研究水玻璃掺量、H_(2)O_(2)掺量、H_(2)O掺量以及固化温度这四个因素对PGS的总孔隙率、抗压强度、体积吸水率、表观孔径以及比表面积的影响规律。选择优化样品为吸附剂,进行Pb^(2+)静态吸附实验,最终得到最佳工艺参数。结果表明:固化温度对PGS的物理性能与孔结构影响最显著。当水玻璃掺量为20.4%,H_(2)O_(2)掺量为4%,H_(2)O掺量为60%,固化温度为50℃时,制备的PGS对Pb^(2+)的去除率可达到99.48%,饱和吸附量达到19.896mg/g,同时吸附过程符合准二级动力学模型,主要受化学作用控制。

高速列车起火车厢位置对火灾发展趋势的影响

运用FDS软件建立高速列车火灾模型,设置4种工况分析热释放速率及温度的变化,探究火源所在车厢位置对列车内火势发展的影响。结果表明:起火车厢位于列车前列时,车厢内发生的轰燃现象作用范围大、破坏力强,救援困难;随着起火车厢位置的后移,车内气流抑制轰燃现象的发生并有效稀释车厢内的可燃气体及热量,人员逃生可能性增大。

水喷淋压力对聚氨酯燃烧的抑制作用研究

聚氨酯主要分为硬质聚氨酯(RPU)和聚氨酯软泡(FPU),其具有较强的火灾危险性,前者主要应用于外墙保温领域,后者广泛使用于各种家具。本文主要采用水喷淋对FPU和RPU燃烧进行灭火实验,来研究喷淋压力对平均火焰高度的影响规律。结果显示,施加水喷淋后,平均火焰高度迅速降低;增加喷淋压力能有效抑制聚氨酯材料燃烧,喷淋压力为0.3MPa时抑制作用达到顶峰,再增加喷淋压力作用效果并不明显。

基于正交试验的隧道水幕排烟系统优化研究

为了探究水幕排烟系统对隧道火蔓延的抑制规律,并对其参数进行优化。本文采用正交试验的方法,选取水幕流量、液滴粒径、排烟风量、风速为试验因素,设计三水平四因素正交实验方案。利用FDS对隧道火灾进行数值模拟,得到各因素对排烟效果的影响次序及最优组合。结果表明,液滴粒径对隧道火灾温度和能见度影响最大,排烟风量对隧道火灾中CO浓度影响最大。最优参数组合为水幕流量160 L/min、液滴粒径200μm、排烟风量26 m^(3)/s、风速6 m/s。此时,排烟效果明显提高,隧道火灾烟气的蔓延能够得到有效抑制。

管道通风能量耗散分布规律研究

通过理论分析建立了总能量耗散模型、层流底层能量耗散模型、湍流核心区能量耗散模型;以基本耗能单元“涡”为切入点,结合了涡运动理论和混合长度理论,确定了管道能量耗散分布;利用尼古拉兹实验数据对各类模型进行了定量化.结果表明:湍流核心区能量耗散占总能量耗散的一半以上;壁面粗糙度通过影响层流底层的能量耗散达到降低通风阻力的目的;增大半径降低了湍流核心区边界处的能量耗散,起到降低通风阻力的作用;管道风速只在湍流核心区边界处对能量耗散产生影响.